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Growth factors: Bioactive macromolecular drugs for peripheral nerve injury treatment – Molecular mechanisms and delivery platforms - 05/01/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.116024 
Teng Wan a, b, c, Feng-Shi Zhang a, b, c, Ming-Yu Qin e, Hao-Ran Jiang a, b, c, Meng Zhang a, b, c, Yang Qu a, b, c, Yi-Lin Wang a, b, c, , Pei-Xun Zhang a, b, c, d,
a Department of Orthopedics and Trauma, Peking University People's Hospital, Beijing 100044, China 
b Key Laboratory of Trauma and Neural Regeneration, Peking University, Beijing 100044, China 
c National Centre for Trauma Medicine, Beijing 100044, China 
d Peking University People’s Hospital Qingdao Hospital, Qingdao 266000, China 
e Suzhou Medical College, Soochow University, Suzhou 215026, China 

Corresponding authors at: Department of Orthopedics and Trauma, Peking University People's Hospital, Beijing 100044, China.Department of Orthopedics and Trauma, Peking University People's HospitalBeijing100044China

Abstract

Bioactive macromolecular drugs known as Growth Factors (GFs), approved by the Food and Drug Administration (FDA), have found successful application in clinical practice. They hold significant promise for addressing peripheral nerve injuries (PNIs). Peripheral nerve guidance conduits (NGCs) loaded with GFs, in the context of tissue engineering, can ensure sustained and efficient release of these bioactive compounds. This, in turn, maintains a stable, long-term, and effective GF concentration essential for treating damaged peripheral nerves. Peripheral nerve regeneration is a complex process that entails the secretion of various GFs. Following PNI, GFs play a pivotal role in promoting nerve cell growth and survival, axon and myelin sheath regeneration, cell differentiation, and angiogenesis. They also regulate the regenerative microenvironment, stimulate plasticity changes post-nerve injury, and, consequently, expedite nerve structure and function repair. Both exogenous and endogenous GFs, including NGF, BDNF, NT-3, GDNF, IGF-1, bFGF, and VEGF, have been successfully loaded onto NGCs using techniques like physical adsorption, blend doping, chemical covalent binding, and engineered transfection. These approaches have effectively promoted the repair of peripheral nerves. Numerous studies have demonstrated similar tissue functional therapeutic outcomes compared to autologous nerve transplantation. This evidence underscores the substantial clinical application potential of GFs in the domain of peripheral nerve repair. In this article, we provide an overview of GFs in the context of peripheral nerve regeneration and drug delivery systems utilizing NGCs. Looking ahead, commercial materials for peripheral nerve repair hold the potential to facilitate the effective regeneration of damaged peripheral nerves and maintain the functionality of distant target organs through the sustained release of GFs.

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Graphical Abstract




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Highlights

Growth Factors are bioactive macromolecular drugs for addressing peripheral nerve injuries, which are complex to treat.
GFs play a pivotal role in promoting various aspects of nerve regeneration, including nerve cell growth and survival, axon and myelin sheath regeneration, cell differentiation, and angiogenesis.
Various tissue-engineering delivery platforms have enabled sustained release of growth factors.

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Abbreviations : GFs, FDA, PNIs, NGCs, NGF, BDNF, NT-3, GDNF, IGF-1, bFGF, VEGF, MCP-1, IL-6, LIF, PDGF, IL-1, TNF, TGF-β, NRG1, RAGs, GAP-43, CAP-23, DRG, Grb2, PLGA, PCL, ADSC

Keywords : Growth factors, Peripheral nerve regeneration, Peripheral nerve guidance conduits, Molecular mechanisms, Schwann cells


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