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A new strategy for intervertebral disc regeneration: The synergistic potential of mesenchymal stem cells and their extracellular vesicles with hydrogel scaffolds - 29/02/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116238 
Yan Zhao a, Huaize Dong a, Qiuqiu Xia a, Yanyang Wang c, Lu Zhu a, Zongyue Hu d, Jiyue Xia a, Qiming Mao a, Zijing Weng a, Jiangbi Yi a, Shuai Feng a, Youhong Jiang a, Wenbo Liao a, Zhijun Xin a, b,
a Department of Orthopedic Surgery, Affiliated Hospital of Zunyi Medical University, Zunyi 563000, Guizhou, China 
b Institut Curie, PSL Research University, CNRS UMR3244, Dynamics of Genetic Information, Sorbonne Université, 75005 Paris, France 
c Department of Cell Engineering Laboratory, Affiliated Hospital of Zunyi Medical University, Zunyi 563000, China 
d Department of Pain Rehabilitation, Affiliated Sinopharm Gezhouba Central Hospital, Third Clinical Medical College of Three Gorges University, Yichang 443003, Hubei, China 

Corresponding author at: Department of Orthopedic Surgery, Affiliated Hospital of Zunyi Medical University, Zunyi 563000, Guizhou, China.Department of Orthopedic Surgery, Affiliated Hospital of Zunyi Medical UniversityZunyiGuizhou563000China

Abstract

Intervertebral disc degeneration (IDD) is a disease that severely affects spinal health and is prevalent worldwide. Mesenchymal stem cells (MSCs) and their derived extracellular vesicles (EVs) have regenerative potential and have emerged as promising therapeutic tools for treating degenerative discs. However, challenges such as the harsh microenvironment of degenerated intervertebral discs and EVs' limited stability and efficacy have hindered their clinical application. In recent years, hydrogels have attracted much attention in the field of IDD therapy because they can mimic the physiologic microenvironment of the disc and provide a potential solution by providing a suitable growth environment for MSCs and EVs. This review introduced the biological properties of MSCs and their derived EVs, summarized the research on the application of MSCs and EVs in IDD, summarized the current clinical trial studies of MSCs and EVs, and also explored the mechanism of action of MSCs and EVs in intervertebral discs. In addition, plenty of research elaborated on the mechanism of action of different classified hydrogels in tissue engineering, the synergistic effect of MSCs and EVs in promoting intervertebral disc regeneration, and their wide application in treating IDD. Finally, the challenges and problems still faced by hydrogel-loaded MSCs and EVs in the treatment of IDD are summarized, and potential solutions are proposed. This paper outlines the synergistic effects of MSCs and EVs in treating IDD in combination with hydrogels and aims to provide theoretical references for future related studies.

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Graphical Abstract




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Highlights

MSCs and their EVs show regenerative potential, making them promising tools for treating IDD.
Clinical use of MSCs and EVs encounters challenges, especially in the harsh microenvironment of degenerated discs.
Hydrogels mimic the disc's microenvironment, providing optimal growth for MSCs and EVs in IDD therapy.

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Keywords : Intervertebral disc regeneration, Mesenchymal stem cells, Extracellular vesicles, Hydrogel


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