Optimizing biophysical properties of cellular niches to enhance stem cell-derived extracellular vesicle function in musculoskeletal regeneration

Abstract

Extracellular vesicles (EVs) secreted by stem cells have become a promising cell-free approach in regenerative medicine, with significant potential for the repair and treatment of musculoskeletal tissues and disorders. However, the limited bioactivity and scalability of EV production pose significant challenges for commercial production and clinical translation. To overcome these challenges, researchers have started exploring how the cellular microenvironment can modulate EV characteristics and enhance their therapeutic efficacy. While the microenvironment's biochemical facets have been the primary focus of prior investigations, the influence of biophysical factors on EV characteristics remains relatively underexplored. This review consolidates the existing research investigating the effects of biophysical features of the cellular microenvironment on EV production and function, with a particular emphasis on applications in musculoskeletal regeneration. By providing a comprehensive understanding of how biophysical factors impact EVs, this review seeks to enhance the development of effective strategies that harness the power of EVs for large-scale production and their successful application in regenerative therapies for musculoskeletal disorders. Ultimately, such insights could greatly assist patients who require innovative, cell-free regenerative treatments, thereby propelling advancements in musculoskeletal tissue engineering and in regenerative medicine.

Keywords

biophysical features / cell niche / extracellular vesicles / musculoskeletal regeneration / stem cells

References

[1] G. D. Kusuma, J. Carthew, R. Lim, J. E. Frith, Stem Cells Dev. 2017, 26, 617.

[2] A. Bartczak, I. McGilvray, A. Keating, Curr. Opin. Organ Transplant. 2017, 22, 86.

[3] J. Freitas, S. G. Santos, R. M. Gonçalves, J. H. Teixeira, M. A. Barbosa, M. I. Almeida, Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 14.

[4] E. Music, K. Futrega, M. R. Doran, Osteoarthr. Cartil. 2018, 26, 730.

[5] A. de Morree, T. A. Rando, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2023, 24, 334.

[6] C. Zhou, B. Zhang, Y. Yang, Q. Jiang, T. Li, J. Gong, H. Tang, Q. Zhang, Stem Cell Res. Ther. 2023, 14, 107.

[7] M. D. Hade, C. N. Suire, Z. Suo, Cells 2021, 10, 8.

[8] A. Yokoi, T. Ochiya, Semin. Cancer Biol. 2021, 74, 79.

[9] F. Tan, X. Li, Z. Wang, J. Li, K. Shahzad, J. Zheng, Signal Transduction Targeted Ther. 2024, 9, 17.

[10] M. J. Alcaraz, A. Compañ, M. I. Guillén, Cells 2019, 9, 98.

[11] R. L. Shin, C. W. Lee, O. Y. Shen, H. Xu, O. K. Lee, Stem Cells Int. 2021, 2021, 8835156.

[12] O. M. Elsharkasy, J. Z. Nordin, D. W. Hagey, O. G. de Jong, R. M. Schiffelers, S. E. Andaloussi, P. Vader, Adv. Drug Delivery Rev. 2020, 159, 332.

[13] B. Mead, S. Tomarev, Prog. Retinal Eye Res. 2020, 79, 100849.

[14] M. Colombo, G. Raposo, C. Théry, Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2014, 30, 255.

[15] S. Kwak, C. L. Song, J. Lee, S. Kim, S. Nam, Y. J. Park, J. Lee, Biomaterials 2024, 307, 122522.

[16] X. Teng, L. Chen, W. Chen, J. Yang, Z. Yang, Z. Shen, Cell. Physiol. Biochem. 2015, 37, 2415.

[17] L. Yu, G. Dou, H. Kuang, L. Bao, H. Liu, Q. Ye, Z. Wang, X. Yang, L. Ren, Z. Li, H. Liu, B. Li, S. Liu, S. Ge, S. Liu, ACS Nano 2024, 18, 8718.

[18] T. Li, Y. Yan, B. Wang, H. Qian, X. Zhang, L. Shen, M. Wang, Y. Zhou, W. Zhu, W. Li, W. Xu, Stem Cells Dev. 2013, 22, 845.

[19] Z. G. Zhang, B. Buller, M. Chopp, Nat. Rev. Neurol. 2019, 15, 193.

[20] J. A. Welsh, D. C. I. Goberdhan, L. O'Driscoll, E. I. Buzas, C. Blenkiron, B. Bussolati, H. Cai, D. Di Vizio, T. A. P. Driedonks, U. Erdbrügger, J. M. Falcon-Perez, Q. L. Fu, A. F. Hill, M. Lenassi, S. K. Lim, M. G. Mahoney, S. Mohanty, A. Möller, R. Nieuwland, T. Ochiya, S. Sahoo, A. C. Torrecilhas, L. Zheng, A. Zijlstra, S. Abuelreich, R. Bagabas, P. Bergese, E. M. Bridges, M. Brucale, D. Burger, R. P. Carney, E. Cocucci, R. Crescitelli, E. Hanser, A. L. Harris, N. J. Haughey, A. Hendrix, A. R. Ivanov, T. Jovanovic-Talisman, N. A. Kruh-Garcia, V. Ku'ulei-Lyn Faustino, D. Kyburz, C. Lässer, K. M. Lennon, J. Lötvall, A. L. Maddox, E. S. Martens-Uzunova, R. R. Mizenko, L. A. Newman, A. Ridolfi, E. Rohde, T. Rojalin, A. Rowland, A. Saftics, U. S. Sandau, J. A. Saugstad, F. Shekari, S. Swift, D. Ter-Ovanesyan, J. P. Tosar, Z. Useckaite, F. Valle, Z. Varga, E. van der Pol, M. J. C. van Herwijnen, M. H. M. Wauben, A. M. Wehman, S. Williams, A. Zendrini, A. J. Zimmerman, C. Théry, K. W. Witwer, J. Extracell. Vesicles 2024, 13, e12404.

[21] Z. Weng, B. Zhang, C. Wu, F. Yu, B. Han, B. Li, L. Li, J. Hematol. Oncol. 2021, 14, 136.

[22] F. Fang, J. Yang, J. Wang, T. Li, E. Wang, D. Zhang, X. Liu, C. Zhou, Bone Res. 2024, 12, 4.

[23] K. Ma, B. Zhu, Z. Wang, P. Cai, M. He, D. Ye, G. Yan, L. Zheng, L. Yang, J. Zhao, J. Nanobiotechnol. 2020, 18, 163.

[24] S. Watanabe, Y. Sudo, T. Makino, S. Kimura, K. Tomita, M. Noguchi, H. Sakurai, M. Shimizu, Y. Takahashi, R. Sato, Y. Yamauchi, PNAS Nexus 2022, 1, pgac173.

[25] Z. Y. Feng, Q. Y. Zhang, J. Tan, H. Q. Xie, Sci. China Life Sci. 2022, 65, 1325.

[26] M. Morishita, Y. Takahashi, M. Nishikawa, Y. Takakura, J. Pharm. Sci. 2017, 106, 2265.

[27] J. Shao, J. Zaro, Y. Shen, Int. J. Nanomed. 2020, 15, 9355.

[28] C. Charoenviriyakul, Y. Takahashi, M. Morishita, A. Matsumoto, M. Nishikawa, Y. Takakura, Eur. J. Pharm. Sci. 2017, 96, 316.

[29] Y. Takahashi, M. Nishikawa, H. Shinotsuka, Y. Matsui, S. Ohara, T. Imai, Y. Takakura, J. Biotechnol. 2013, 165, 77.

[30] S. Sadeghi, F. R. Tehrani, S. Tahmasebi, A. Shafiee, S. M. Hashemi, Inflammopharmacology 2023, 31, 145.

[31] A. Ghodasara, A. Raza, J. Wolfram, C. Salomon, A. Popat, Adv. Healthcare Mater. 2023, 12, e2301010.

[32] D. Hao, J. M. Lopez, J. Chen, A. M. Iavorovschi, N. M. Lelivelt, A. Wang, Bioengineering 2022, 9, 5.

[33] D. Wang, D. F. E. Ker, K. W. Ng, K. Li, B. Gharaibeh, M. Safran, E. Cheung, P. Campbell, L. Weiss, Y. P. Yang, NPG Asia Mater. 2021, 13, 26.

[34] D. Wang, X. Zhang, K. W. Ng, Y. Rao, C. Wang, B. Gharaibeh, S. Lin, G. Abrams, M. Safran, E. Cheung, P. Campbell, L. Weiss, D. F. E. Ker, Y. P. Yang, Acta Biomater. 2022, 154, 108.

[35] A. Grangier, J. Branchu, J. Volatron, M. Piffoux, F. Gazeau, C. Wilhelm, A. K. A. Silva, Adv. Drug Delivery Rev. 2021, 176, 113843.

[36] B. Jin, Y. Liao, Z. Ding, R. Zou, F. Xu, Y. Li, B. Cheng, L. Niu, Stem Cell Res. Ther. 2024, 15, 373.

[37] Y. Liu, Y. S. Kim, X. Xue, Y. Miao, N. Kobayashi, S. Sun, R. Z. Yan, Q. Yang, O. Pourquié, J. Fu, Cell Stem Cell 2024, 31, 1113.

[38] M. Bao, J. Xie, N. Katoele, X. Hu, B. Wang, A. Piruska, W. T. S. Huck, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 1754.

[39] D. Tsiapalis, L. O'Driscoll, Cells 2020, 9, 4.

[40] X. Wang, P. Thomsen, Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. 2021, 128, 18.

[41] K. E. Johnson, Y. Makanji, P. Temple-Smith, E. K. Kelly, P. A. Barton, S. L. Al-Musawi, T. D. Mueller, K. L. Walton, C. A. Harrison, Mol. Cell. Endocrinol. 2016, 422, 84.

[42] J. Lee, M. Blaber, J. Mol. Biol. 2009, 393, 113.

[43] A. C. Mitchell, P. S. Briquez, J. A. Hubbell, J. R. Cochran, Acta Biomater. 2016, 30, 1.

[44] L. G. Villa-Diaz, A. M. Ross, J. Lahann, P. H. Krebsbach, Stem Cell. 2013, 31, 1.

[45] K. H. Vining, D. J. Mooney, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2017, 18, 728.

[46] X. Cun, L. Hosta-Rigau, Nanomaterials 2020, 10, 2070.

[47] K. Y. C. Kwan, K. W. K. Ng, Y. Rao, C. Zhu, S. Qi, R. S. Tuan, D. F. E. Ker, D. M. Wang, Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 15183.

[48] M. Kim, H. W. Yun, D. Y. Park, B. H. Choi, B. H. Min, Tissue Eng. Regen. Med. 2018, 15, 427.

[49] K. Man, M. Y. Brunet, S. Louth, T. E. Robinson, M. Fernandez-Rhodes, S. Williams, A. S. Federici, O. G. Davies, D. A. Hoey, S. C. Cox, Front. Bioeng. Biotechnol. 2021, 9, 757220.

[50] S. Guo, L. Debbi, B. Zohar, R. Samuel, R. S. Arzi, A. I. Fried, T. Carmon, D. Shevach, I. Redenski, I. Schlachet, A. Sosnik, S. Levenberg, Nano Lett. 2021, 21, 2497.

[51] J. Chen, D. Zhou, Z. Nie, L. Lu, Z. Lin, D. Zhou, Y. Zhang, X. Long, S. Fan, T. Xu, Biofabrication 2021, 14, 015012.

[52] K. Holkar, V. Kale, G. Ingavle, Biomater. Sci. 2022, 10, 4458.

[53] F. Xiao, B. Zuo, B. Tao, C. Wang, Y. Li, J. Peng, C. Shen, Y. Cui, J. Zhu, X. Chen, Ann. Transl. Med. 2021, 9, 798.

[54] Z. Wang, K. Maruyama, Y. Sakisaka, S. Suzuki, H. Tada, M. Suto, M. Saito, S. Yamada, E. Nemoto, Front. Immunol. 2019, 10, 1310.

[55] H. M. Huang, C. S. Han, S. J. Cui, Y. K. Zhou, T. Y. Xin, T. Zhang, S. B. Zhu, Y. H. Zhou, R. L. Yang, Stem Cell Rep. 2022, 17, 1842.

[56] Y. Zhang, T. Zhang, Z. Zhang, J. Su, X. Wu, L. Chen, X. Ge, X. Wang, N. Jiang, Eur. J. Orthod. 2022, 44, 690.

[57] M. Zhao, Q. Ma, Z. Zhao, X. Guan, Y. Bai, Arch. Oral Biol. 2021, 132, 105263.

[58] A. E. Morrell, G. N. Brown, S. T. Robinson, R. L. Sattler, A. D. Baik, G. Zhen, X. Cao, L. F. Bonewald, W. Jin, L. C. Kam, X. E. Guo, Bone Res. 2018, 6, 6.

[59] C. Bratengeier, L. Johansson, A. Liszka, A. D. Bakker, M. Hallbeck, A. Fahlgren, FASEB J. 2024, 38, e23323.

[60] Q. Liu, R. Wang, S. Hou, F. He, Y. Ma, T. Ye, S. Yu, H. Chen, H. Wang, M. Zhang, Arthritis Res. Ther. 2022, 24, 44.

[61] A. C. Bean, A. Sahu, C. Piechocki, A. Gualerzi, S. Picciolini, M. Bedoni, F. Ambrosio, Exp. Gerontol. 2023, 177, 112179.

[62] D. Wu, X. Chang, J. Tian, L. Kang, Y. Wu, J. Liu, X. Wu, Y. Huang, B. Gao, H. Wang, G. Qiu, Z. Wu, J. Nanobiotechnol. 2021, 19, 209.

[63] X. D. Wu, L. Kang, J. Tian, Y. Wu, Y. Huang, J. Liu, H. Wang, G. Qiu, Z. Wu, Mater. Today Bio 2022, 15, 100319.

[64] W. Yu, X. Su, M. Li, W. Wan, A. Li, H. Zhou, F. Xu, Chem. Eng. J. 2021, 417, 128040.

[65] H. Lv, H. Wang, Z. Zhang, W. Yang, W. Liu, Y. Li, L. Li, Life Sci. 2017, 178, 42.

[66] S. Pragnere, E. J. Courtial, F. Dubreuil, E. Errazuriz-Cerda, C. Marquette, E. Petiot, C. Pailler-Mattei, J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2024, 159, 106696.

[67] B. Wu, D. A. Liu, L. Guan, P. K. Myint, L. Chin, H. Dang, Y. Xu, J. Ren, T. Li, Z. Yu, S. Jabban, G. B. Mills, J. Nukpezah, Y. H. Chen, E. E. Furth, P. A. Gimotty, R. G. Wells, V. M. Weaver, R. Radhakrishnan, X. W. Wang, W. Guo, Nat. Cell Biol. 2023, 25, 415.

[68] K. Duval, H. Grover, L. H. Han, Y. Mou, A. F. Pegoraro, J. Fredberg, Z. Chen, Physiology 2017, 32, 266.

[69] K. Białkowska, P. Komorowski, M. Bryszewska, K. Miłowska, Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 6225.

[70] M. E. Furth, A. Atala, M. E. Van Dyke, Biomaterials 2007, 28, 5068.

[71] S. Pina, V. P. Ribeiro, C. F. Marques, F. R. Maia, T. H. Silva, R. L. Reis, J. M. Oliveira, Materials 2019, 12, 1824.

[72] A. YekrangSafakar, A. Acun, J. W. Choi, E. Song, P. Zorlutuna, K. Park, Biotechnol. Bioeng. 2018, 115, 1717.

[73] G. S. Major, V. K. Doan, A. Longoni, M. M. M. Bilek, S. G. Wise, J. Rnjak-Kovacina, G. C. Yeo, K. S. Lim, Trends Biotechnol. 2024, 42, 859.

[74] C. E. Nweke, J. P. Stegemann, J. Mater. Chem. B 2020, 8, 3972.

[75] B. Koh, N. Sulaiman, M. B. Fauzi, J. X. Law, M. H. Ng, R. B. H. Idrus, M. D. Yazid, Cell Biosci. 2020, 10, 75.

[76] J. N. Warnock, M. Al-Rubeai, Biotechnol. Appl. Biochem. 2006, 45, 1.

[77] H. Tavassoli, S. N. Alhosseini, A. Tay, P. P. Y. Chan, S. K. Weng Oh, M. E. Warkiani, Biomaterials 2018, 181, 333.

[78] E. D. Lindberg, T. Wu, K. L. Cotner, A. Glazer, A. A. Jamali, L. L. Sohn, T. Alliston, G. D. O'Connell, Osteoarthr. Cartil. 2024, 32, 548.

[79] F. Bonnier, M. E. Keating, T. P. Wróbel, K. Majzner, M. Baranska, A. Garcia-Munoz, A. Blanco, H. J. Byrne, Toxicol. In Vitro 2015, 29, 124.

[80] A. Faqeer, J. Liu, L. Zhang, C. Wang, G. Zhou, Y. Zhang, J. Dent. 2024, 144, 104957.

[81] Y. Jing, Y. Jian-Xiong, Clin. Exp. Ophthalmol. 2011, 39, 808.

[82] L. S. Baptista, G. S. Kronemberger, I. Côrtes, L. E. Charelli, R. A. M. Matsui, T. N. Palhares, J. Sohier, A. M. Rossi, J. M. Granjeiro, Int. J. Mol. Sci. 2018, 19, 1285.

[83] S. Y. Lee, J. W. Lee, Life 2022, 12, 7.

[84] M. C. Decarli, A. Seijas-Gamardo, F. L. C. Morgan, P. Wieringa, M. B. Baker, J. V. L. Silva, M. Moraes Â, L. Moroni, C. Mota, Adv. Healthcare Mater. 2023, 12, e2203021.

[85] Z. Wang, D. Wu, J. Zou, Q. Zhou, W. Liu, W. Zhang, G. Zhou, X. Wang, G. Pei, Y. Cao, Z. Y. Zhang, J. Mater. Chem. B 2017, 5, 62.

[86] H. Zhang, Y. Chen, C. Fan, R. Liu, J. Huang, Y. Zhang, C. Tang, B. Zhou, X. Chen, W. Ju, Y. Zhao, J. Han, P. Wu, S. Zhang, W. Shen, Z. Yin, X. Chen, H. Ouyang, Biomaterials 2022, 280, 121238.

[87] C. Almeria, S. Kreß, V. Weber, D. Egger, C. Kasper, Cell Biosci. 2022, 12, 51.

[88] W. Yu, S. Li, X. Guan, N. Zhang, X. Xie, K. Zhang, Y. Bai, Biomater. Adv. 2022, 133, 112646.

[89] L. Debbi, S. Guo, D. Safina, S. Levenberg, Biotechnol. Adv. 2022, 59, 107983.

[90] J. Manokawinchoke, P. Pavasant, C. N. Limjeerajarus, N. Limjeerajarus, T. Osathanon, H. Egusa, Arch. Oral Biol. 2021, 125, 105092.

[91] R. Balint, N. J. Cassidy, S. H. Cartmell, Tissue Eng., Part B 2013, 19, 48.

[92] B. Yi, Q. Xu, W. Liu, Bioact. Mater. 2022, 15, 82.

[93] M. Böl, K. Leichsenring, S. Kohn, A. E. Ehret, Acta Biomater. 2024, 183, 157.

[94] P. Romani, L. Valcarcel-Jimenez, C. Frezza, S. Dupont, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2021, 22, 22.

[95] J. M. Cha, E. K. Shin, J. H. Sung, G. J. Moon, E. H. Kim, Y. H. Cho, H. D. Park, H. Bae, J. Kim, O. Y. Bang, Sci. Rep. 2018, 8, 1171.

[96] X. Zhang, S. Zhang, T. Wang, Stem Cell Res. Ther. 2022, 13, 415.

[97] R. Sheng, Y. Jiang, L. J. Backman, W. Zhang, J. Chen, Stem Cells Int. 2020, 2020, 8824783.

[98] T. W. Qin, Y. L. Sun, A. R. Thoreson, S. P. Steinmann, P. C. Amadio, K. N. An, C. Zhao, Biomaterials 2015, 51, 43.

[99] L. J. Ning, Y. Zhang, X. H. Chen, J. C. Luo, X. Q. Li, Z. M. Yang, T. W. Qin, J. Biomed. Mater. Res., Part A 2012, 100, 1448.

[100] K. I. Lee, J. S. Lee, K. T. Kang, Y. B. Shim, Y. S. Kim, J. W. Jang, S. H. Moon, D. D. D'Lima, Am. J. Sport. Med. 2018, 46, 1641.

[101] M. L. Bayer, P. Schjerling, A. Herchenhan, C. Zeltz, K. M. Heinemeier, L. Christensen, M. Krogsgaard, D. Gullberg, M. Kjaer, PLoS One 2014, 9, e86078.

[102] B. Engebretson, Z. R. Mussett, V. I. Sikavitsas, Connect. Tissue Res. 2018, 59, 167.

[103] T. Wang, C. Thien, C. Wang, M. Ni, J. Gao, A. Wang, Q. Jiang, R. S. Tuan, Q. Zheng, M. H. Zheng, FASEB J. 2018, 32, 4804.

[104] H. Y. Nam, B. Pingguan-Murphy, A. A. Abbas, A. M. Merican, T. Kamarul, Stem Cells Int. 2019, 2019, 9723025.

[105] B. Xu, G. Song, Y. Ju, X. Li, Y. Song, S. Watanabe, J. Cell. Physiol. 2012, 227, 2722.

[106] X. Wu, Y. Li, Z. Cao, Y. Xie, C. Fu, H. Chen, Calcif. Tissue Int. 2021, 108, 640.

[107] X. Xi, Y. Zhao, H. Liu, Z. Li, S. Chen, D. Liu, Exp. Cell Res. 2021, 403, 112598.

[108] D. F. Ward,., R. M. Salasznyk, R. F. Klees, J. Backiel, P. Agius, K. Bennett, A. Boskey, G. E. Plopper, Stem Cells Dev. 2007, 16, 467.

[109] L. Liu, M. Liu, R. Li, H. Liu, L. Du, H. Chen, Y. Zhang, S. Zhang, D. Liu, Cell Biol. Int. 2017, 41, 112.

[110] Y. Jiang, Y. Wang, G. Tang, Arch. Biochem. Biophys. 2016, 607, 37.

[111] G. A. Ilizarov, Clin. Orthop. Relat. Res. 1989, 239, 263.

[112] G. A. Ilizarov, Clin. Orthop. Relat. Res. 1990, 250, 8.

[113] T. Najrana, A. Mahadeo, R. Abu-Eid, E. Kreienberg, V. Schulte, A. Uzun, C. Schorl, L. Goldberg, P. Quesenberry, J. Sanchez-Esteban, J. Cell. Physiol. 2020, 235, 8210.

[114] N. Shah, Y. Morsi, R. Manasseh, Cell Biochem. Funct. 2014, 32, 309.

[115] A. Ravichandran, J. Lim, M. S. K. Chong, F. Wen, Y. Liu, Y. T. Pillay, J. K. Y. Chan, S. H. Teoh, J. Biomed. Mater. Res., Part B 2017, 105, 2366.

[116] S. H. Park, W. Y. Sim, B. H. Min, S. S. Yang, A. Khademhosseini, D. L. Kaplan, PLoS One 2012, 7, e46689.

[117] X. Chen, J. Guo, Y. Yuan, Z. Sun, B. Chen, X. Tong, L. Zhang, C. Shen, J. Zou, Mol. Med. Rep. 2017, 15, 2890.

[118] B. Gharibi, G. Cama, M. Capurro, I. Thompson, S. Deb, L. Di Silvio, F. J. Hughes, Tissue Eng. Part A 2013, 19, 2426.

[119] C. B. Horner, K. Hirota, J. Liu, M. Maldonado, B. Hyle Park, J. Nam, J. Tissue Eng. Regener. Med. 2018, 12, e637.

[120] S. Schreivogel, V. Kuchibhotla, P. Knaus, G. N. Duda, A. Petersen, J. Tissue Eng. Regener. Med. 2019, 13, 1992.

[121] W. Wang, Y. Wan, T. Fu, T. Zhou, X. Tang, H. Wu, C. Liu, M. Jagodzinski, J. Biomed. Mater. Res., Part A 2019, 107, 1294.

[122] W. Cao, W. Lin, H. Cai, Y. Chen, Y. Man, J. Liang, Q. Wang, Y. Sun, Y. Fan, X. Zhang, Regen. Biomater. 2019, 6, 99.

[123] R. Hao, S. Hu, H. Zhang, X. Chen, Z. Yu, J. Ren, H. Guo, H. Yang, Mater. Today Bio 2023, 18, 100527.

[124] W. Thompson, E. T. Papoutsakis, Biotechnol. Adv. 2023, 66, 108158.

[125] L. Mao, J. Guo, L. Hu, L. Li, J. Xu, J. Zou, Cell Biochem. Funct. 2021, 39, 727.

[126] N. Sharifi, A. M. Gharravi, Inflammation Regener. 2019, 39, 16.

[127] E. Stavenschi, M. N. Labour, D. A. Hoey, J. Biomech. 2017, 55, 99.

[128] S. Puwanun, R. M. Delaine-Smith, H. E. Colley, J. M. Yates, S. MacNeil, G. C. Reilly, J. Tissue Eng. Regener. Med. 2018, 12, 370.

[129] K. Song, L. Li, W. Li, Y. Zhu, Z. Jiao, M. Lim, M. Fang, F. Shi, L. Wang, T. Liu, Mater. Sci. Eng., C. 2015, 55, 384.

[130] Y. C. Kuo, T. H. Chang, W. T. Hsu, J. Zhou, H. H. Lee, J. Hui-Chun Ho, S. Chien, O. K. Lee, Stem Cell. 2015, 33, 429.

[131] K. M. Kim, Y. J. Choi, J. H. Hwang, A. R. Kim, H. J. Cho, E. S. Hwang, J. Y. Park, S. H. Lee, J. H. Hong, PLoS One 2014, 9, e92427.

[132] J. Lu, Y. Fan, X. Gong, X. Zhou, C. Yi, Y. Zhang, J. Pan, J. Cell. Physiol. 2016, 231, 1752.

[133] D. Yue, M. Zhang, J. Lu, J. Zhou, Y. Bai, J. Pan, J. Cell. Physiol. 2019, 234, 16312.

[134] A. Cochis, S. Grad, M. J. Stoddart, S. Farè, L. Altomare, B. Azzimonti, M. Alini, L. Rimondini, Sci. Rep. 2017, 7, 45018.

[135] H. Kang, Y. H. Bae, Y. Kwon, S. Kim, J. Park, Adv. Healthcare Mater. 2022, 11, e2101606.

[136] S. M. Kronstadt, D. B. Patel, L. J. Born, D. Levy, M. J. Lerman, B. Mahadik, S. T. McLoughlin, A. Fasuyi, L. Fowlkes, L. H. Van Heyningen, A. Aranda, S. N. Abadchi, K. H. Chang, A. T. W. Hsu, S. Bengali, J. W. Harmon, J. P. Fisher, S. M. Jay, Adv. Healthcare Mater. 2023, 12, e2300584.

[137] X. Huang, R. Das, A. Patel, T. D. Nguyen, Regener. Eng. Transl Med. 2018, 4, 216.

[138] J. Wang, J. Lin, L. Chen, L. Deng, W. Cui, Adv. Mater. 2022, 34, e2108325.

[139] J. Liu, Y. S. Kim, C. E. Richardson, A. Tom, C. Ramakrishnan, F. Birey, T. Katsumata, S. Chen, C. Wang, X. Wang, L. M. Joubert, Y. Jiang, H. Wang, L. E. Fenno, J. B. Tok, S. P. Pașca, K. Shen, Z. Bao, K. Deisseroth, Science 2020, 367, 1372.

[140] Z. Liu, X. Wan, Z. L. Wang, L. Li, L. Zheng, R. Yu, J. Shui, Adv. Mater. 2021, 33, e2007429.

[141] T. Wang, H. Ouyang, Y. Luo, J. Xue, E. Wang, L. Zhang, Z. Zhou, Z. Liu, X. Li, S. Tan, Y. Chen, L. Nan, W. Cao, Z. Li, F. Chen, L. Zheng, Sci. Adv. 2024, 10, eadi6799.

[142] E. Fukada, I. Yasuda, J. Phys. Soc. Jpn. 1957, 12, 1158.

[143] C. Halperin, S. Mutchnik, A. Agronin, M. Molotskii, P. Urenski, M. Salai, G. Rosenman, Nano Lett. 2004, 4, 1253.

[144] M. Mardani, S. Roshankhah, B. Hashemibeni, M. Salahshoor, E. Naghsh, E. Esfandiari, Adv. Biomed. Res. 2016, 5, 97.

[145] R. Vaiciuleviciute, I. Uzieliene, P. Bernotas, V. Novickij, A. Alaburda, E. Bernotiene, Bioengineering 2023, 10, 4.

[146] B. Tandon, J. J. Blaker, S. H. Cartmell, Acta Biomater. 2018, 73, 1.

[147] Y. Liu, G. Dzidotor, T. T. Le, T. Vinikoor, K. Morgan, E. J. Curry, R. Das, A. McClinton, E. Eisenberg, L. N. Apuzzo, K. T. M. Tran, P. Prasad, T. J. Flanagan, S. W. Lee, H. M. Kan, M. T. Chorsi, K. W. H. Lo, C. T. Laurencin, T. D. Nguyen, Sci. Transl. Med. 2022, 14, eabi7282.

[148] C. R. Campbell, A. E. Berman, N. L. Weintraub, Y. L. Tang, Med. Hypotheses 2016, 88, 6.

[149] M. Hu, L. Hong, C. Liu, S. Hong, S. He, M. Zhou, G. Huang, Q. Chen, Sci. Rep. 2019, 9, 4206.

[150] Z. Yang, J. Shi, J. Xie, Y. Wang, J. Sun, T. Liu, Y. Zhao, X. Zhao, X. Wang, Y. Ma, V. Malkoc, C. Chiang, W. Deng, Y. Chen, Y. Fu, K. J. Kwak, Y. Fan, C. Kang, C. Yin, J. Rhee, P. Bertani, J. Otero, W. Lu, K. Yun, A. S. Lee, W. Jiang, L. Teng, B. Y. S. Kim, L. J. Lee, Nat. Biomed. Eng. 2020, 4, 69.

[151] T. Fukuta, A. Nishikawa, K. Kogure, Biochem. Biophys. Rep. 2020, 21, 100713.

[152] H. Zhao, C. Liu, Y. Liu, Q. Ding, T. Wang, H. Li, H. Wu, T. Ma, Stem Cell Res. Ther. 2023, 14, 7.

[153] M. Arjmand, A. Ardeshirylajimi, H. Maghsoudi, E. Azadian, J. Cell. Physiol. 2018, 233, 1061.

[154] J. Huang, Y. Liang, Z. Huang, P. Zhao, Q. Liang, Y. Liu, L. Duan, W. Liu, F. Zhu, L. Bian, J. Xia, J. Xiong, D. Wang, ACS Biomater. Sci. Eng. 2019, 5, 2200.

[155] B. Son, H. D. Kim, M. Kim, J. A. Kim, J. Lee, H. Shin, N. S. Hwang, T. H. Park, Adv. Healthcare Mater. 2015, 4, 1339.

[156] A. I. Gonçalves, M. T. Rodrigues, M. E. Gomes, Acta Biomater. 2017, 63, 110.

[157] A. I. Gonçalves, M. T. Rodrigues, P. P. Carvalho, M. Bañobre-López, E. Paz, P. Freitas, M. E. Gomes, Adv. Healthc. Mater. 2016, 5, 213.

[158] F. Zhu, W. Liu, P. Li, H. Zhao, X. Deng, H. L. Wang, Tissue Eng., Part B 2023, 29, 217.

[159] X. Li, Y. Wang, L. Shi, B. Li, J. Li, Z. Wei, H. Lv, L. Wu, H. Zhang, B. Yang, X. Xu, J. Jiang, J. Nanobiotechnol. 2020, 18, 113.

[160] B. de Lucas, L. M. Pérez, A. Bernal, B. G. Gálvez, Genes 2020, 11, 1086.

[161] F. Siedek, S. Y. Yeo, E. Heijman, O. Grinstein, G. Bratke, C. Heneweer, M. Puesken, T. Persigehl, D. Maintz, H. Grüll, Röfo 2019, 191, 522.

[162] A. Copelan, J. Hartman, M. Chehab, A. M. Venkatesan, Semin. Intervent. Radiol. 2015, 32, 398.

[163] S. L. Jeremias Júnior, G. L. Camanho, A. C. Bassit, A. Forgas, S. J. Ingham, R. J. Abdalla, J. Orthop. Sport. Phys. 2011, 41, 526.

[164] R. W. Poolman, T. Agoritsas, R. A. Siemieniuk, I. A. Harris, I. B. Schipper, B. Mollon, M. Smith, A. Albin, S. Nador, W. Sasges, S. Schandelmaier, L. Lytvyn, T. Kuijpers, L. W. van Beers, M. H. Verhofstad, P. O. Vandvik, BMJ 2017, 356, j576.

[165] Q. Yang, G. K. Nanayakkara, C. Drummer, Y. Sun, C. Johnson, R. Cueto, H. Fu, Y. Shao, L. Wang, W. Y. Yang, P. Tang, L. W. Liu, S. Ge, X. D. Zhou, M. Khan, H. Wang, X. Yang, Front. Physiol. 2017, 8, 818.

[166] V. Costa, V. Carina, S. Fontana, A. De Luca, F. Monteleone, S. Pagani, M. Sartori, S. Setti, C. Faldini, R. Alessandro, M. Fini, G. Giavaresi, J. Cell. Physiol. 2018, 233, 1558.

[167] M. Aliabouzar, S. J. Lee, X. Zhou, G. L. Zhang, K. Sarkar, Biotechnol. Bioeng. 2018, 115, 495.

[168] N. Fu, X. Yang, K. Ba, Y. Fu, X. Wei, Y. Yue, G. Li, Y. Yao, J. Chen, X. Cai, C. Liang, Y. Ge, Y. Lin, Cell Proliferation 2013, 46, 312.

[169] X. Li, X. Li, J. Lin, X. Sun, Q. Ding, J. Ultrasound Med. 2019, 38, 2081.

[170] L. A. Ambattu, S. Ramesan, C. Dekiwadia, E. Hanssen, H. Li, L. Y. Yeo, Commun. Biol. 2020, 3, 553.

[171] Q. Zeng, S. Hong, X. Wang, Y. Cheng, J. Sun, W. Xia, Exp. Cell Res. 2019, 383, 111448.

[172] N. D. Sheybani, A. J. Batts, A. S. Mathew, E. A. Thim, R. J. Price, Theranostics 2020, 10, 7436.

[173] L. Xiao, Y. Sun, L. Liao, X. Su, J. Mater. Chem. B 2023, 11, 2550.

[174] M. Liu, A. Wu, J. Liu, Y. Zhao, X. Dong, T. Sun, Q. Shi, H. Wang, Cyborg Bionic Syst. 2024, 5, 0095.

[175] H. Jeon, H. Hidai, D. J. Hwang, C. P. Grigoropoulos, J. Biomed. Mater. Res., Part A 2010, 93, 56.

[176] B. Özcolak, B. Erenay, S. Odabaş, K. D. Jandt, B. Garipcan, Sci. Rep. 2024, 14, 12721.

[177] E. K. Yim, R. M. Reano, S. W. Pang, A. F. Yee, C. S. Chen, K. W. Leong, Biomaterials 2005, 26, 5405.

[178] D. H. Kim, C. H. Seo, K. Han, K. W. Kwon, A. Levchenko, K. Y. Suh, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1579.

[179] P. Clark, P. Connolly, A. S. Curtis, J. A. Dow, C. D. Wilkinson, Development 1987, 99, 439.

[180] D. H. Kim, K. Han, K. Gupta, K. W. Kwon, K. Y. Suh, A. Levchenko, Biomaterials 2009, 30, 5433.

[181] J. P. Kaiser, A. Reinmann, A. Bruinink, Biomaterials 2006, 27, 5230.

[182] A. M. Ross, Z. Jiang, M. Bastmeyer, J. Lahann, Small 2012, 8, 336.

[183] K. Metavarayuth, E. Villarreal, H. Wang, Q. Wang, Biomater. Transl 2021, 2, 165.

[184] L. Lv, Y. Liu, P. Zhang, X. Zhang, J. Liu, T. Chen, P. Su, H. Li, Y. Zhou, Biomaterials 2015, 39, 193.

[185] N. Bhardwaj, S. C. Kundu, Biomaterials 2012, 33, 2848.

[186] F. Martín-Saavedra, L. Crespo, C. Escudero-Duch, L. Saldaña, E. Gómez-Barrena, N. Vilaboa, Sci. Rep. 2017, 7, 15182.

[187] Y. Kong, J. Duan, F. Liu, L. Han, G. Li, C. Sun, Y. Sang, S. Wang, F. Yi, H. Liu, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 12828.

[188] C. Zhang, H. Yuan, H. Liu, X. Chen, P. Lu, T. Zhu, L. Yang, Z. Yin, B. C. Heng, Y. Zhang, H. Ouyang, Biomaterials 2015, 53, 716.

[189] T. Li, H. Ma, H. Ma, Z. Ma, L. Qiang, Z. Yang, X. Yang, X. Zhou, K. Dai, J. Wang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 17134.

[190] G. Chu, Z. Yuan, C. Zhu, P. Zhou, H. Wang, W. Zhang, Y. Cai, X. Zhu, H. Yang, B. Li, Acta Biomater. 2019, 92, 254.

[191] C. L. Hisey, J. I. Hearn, D. J. Hansford, C. Blenkiron, L. W. Chamley, Colloids Surf., B 2021, 203, 111772.

[192] D. Wang, C. C. M. Pun, S. Huang, T. C. M. Tang, K. K. W. Ho, B. B. Rothrauff, P. S. H. Yung, A. M. Blocki, E. D. F. Ker, R. S. Tuan, FASEB J. 2020, 34, 8172.

[193] S. Huang, Y. Rao, M. Zhou, A. M. Blocki, X. Chen, C. Wen, D. F. E. Ker, R. S. Tuan, D. M. Wang, Bioact. Mater. 2024, 36, 221.

[194] X. Zhang, K. Li, C. Wang, Y. Rao, R. S. Tuan, D. M. Wang, D. F. E. Ker, Bioact. Mater. 2024, 37, 439.

[195] D. Wang, X. Zhang, S. Huang, Y. Liu, B. S. Fu, K. K. Mak, A. M. Blocki, P. S. Yung, R. S. Tuan, D. F. E. Ker, Biomaterials 2021, 272, 120789.

[196] S. Huang, Y. Rao, A. L. Ju, D. F. E. Ker, A. M. Blocki, D. M. Wang, R. S. Tuan, Acta Biomater. 2024, 176, 99.

[197] S. Liu, C. Zhou, S. Mou, J. Li, M. Zhou, Y. Zeng, C. Luo, J. Sun, Z. Wang, W. Xu, Mater. Sci. Eng., C 2019, 105, 110137.

[198] M. Mohammed, T. S. Lai, H. C. Lin, J. Mater. Chem. B 2021, 9, 1676.

[199] A. S. Mao, J. W. Shin, D. J. Mooney, Biomaterials 2016, 98, 184.

[200] R. Olivares-Navarrete, E. M. Lee, K. Smith, S. L. Hyzy, M. Doroudi, J. K. Williams, K. Gall, B. D. Boyan, Z. Schwartz, PLoS One 2017, 12, e0170312.

[201] N. Sagar, K. Khanna, V. S. Sardesai, A. K. Singh, M. Temgire, M. P. Kalita, S. S. Kadam, V. P. Soni, D. Bhartiya, J. R. Bellare, Mater. Sci. Eng., C 2016, 69, 700.

[202] Z. M. Zhang, P. Yu, K. Zhou, F. Y. Yu, R. Y. Bao, M. B. Yang, Z. Y. Qian, W. Yang, Adv. Healthcare Mater. 2023, 12, e2300713.

[203] K. Kamguyan, A. A. Katbab, M. Mahmoudi, E. Thormann, S. Zajforoushan Moghaddam, L. Moradi, S. Bonakdar, Biomater. Sci. 2017, 6, 189.

[204] A. R. Cameron, J. E. Frith, J. J. Cooper-White, Biomaterials 2011, 32, 5979.

[205] Y. Wu, Z. Yang, J. B. Law, A. Y. He, A. A. Abbas, V. Denslin, T. Kamarul, J. H. Hui, E. H. Lee, Tissue Eng., Part A 2017, 23, 43.

[206] B. Lukomska, L. Stanaszek, E. Zuba-Surma, P. Legosz, S. Sarzynska, K. Drela, Stem Cells Int. 2019, 2019, 9628536.

[207] J. Bagge, L. C. Berg, J. Janes, J. N. MacLeod, BMC Vet. Res. 2022, 18, 388.

[208] D. H. Hoang, T. D. Nguyen, H. P. Nguyen, X. H. Nguyen, P. T. X. Do, V. D. Dang, P. T. M. Dam, H. T. H. Bui, M. Q. Trinh, D. M. Vu, N. T. M. Hoang, L. N. Thanh, U. T. T. Than, Front. Mol. Biosci. 2020, 7, 119.

[209] M. Pomatto, C. Gai, F. Negro, M. Cedrino, C. Grange, E. Ceccotti, G. Togliatto, F. Collino, M. Tapparo, F. Figliolini, T. Lopatina, M. F. Brizzi, G. Camussi, Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 3851.

[210] K. Cheng, R. Kalluri, Extracellular Vesicle 2023, 2, 100029.

[211] S. Ding, P. Kingshott, H. Thissen, M. Pera, P. Y. Wang, Biotechnol. Bioeng. 2017, 114, 260.

[212] R. C. Lai, R. W. Yeo, J. Padmanabhan, A. Choo, D. P. de Kleijn, S. K. Lim, Methods Mol. Biol. 2016, 1416, 477.

RIGHTS & PERMISSIONS

2025 The Author(s). BMEMat published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Shandong University.