促进成骨、抑制破骨、诱导血管再生的双药物系统重建骨缺损
yuyutoo 2024-10-18 12:17 1 浏览 0 评论
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骨质疏松是由骨稳态失衡引起的一种代谢性骨病，主要受成骨细胞和破骨细胞调节。由于成骨分化受到抑制、破骨细胞过度活跃和血管生成能力受损，骨质疏松性骨缺损的修复变得更加困难，单一策略难以达到良好的修复效果。因此，研发基于多重修复理念的生物活性材料和策略对该类疾病具有重要意义。
基于此，武汉理工大学戴红莲教授课题组和华中科技大学同济医学院李锋教授课题组针对骨质疏松病理性微环境，设计了一种具有生物活性离子和双药物时空缓释、并兼具促进成骨、抑制破骨以及增进血管形成的药物递送体系，调节骨吸收与骨形成平衡，显著逆转了去卵巢大鼠的骨稳态失衡和骨微结构退化（图1）。
相关研究成果以“Multifunctional Scaffold for Osteoporotic Pathophysiological Microenvironment Improvement and Vascularized Bone Defect Regeneration”为题发表在《Adv. Healthcare Mater.》上。第一作者为武汉理工大学博士研究生赵雅楠和华中科技大学同济医学院骨科医师康红磊，通讯作者为武汉理工大学戴红莲教授和华中科技大学同济医学院骨科李锋教授。
1. 多功能骨水泥的设计与表征
作者采用St?ber法制备了空心介孔二氧化硅纳米微球(HMSNs)，在其表面接枝具有抑制破骨作用的药物阿仑膦酸钠(ALN)，同时，在其内部空腔负载具有促进成骨作用的药物特立帕肽(PTH)。随后，作者采用乳化-交联法将载药HMSNs用明胶外壳(GM)进行包覆与保护，合理调控交联剂浓度及HMSNs@ALN-PTH/GM微球级配，并将其复合入磷酸钙镁骨水泥(MCPC) (图2)，并对其理化性能、降解行为、细胞及体内生物学活性等进行评估。
2. 复合骨水泥的体外生物学活性评估
作者通过将复合骨水泥与骨髓间充质干细胞 (BMSCs)和内皮细胞(VR-EPCs)共培养，发现MCPC/HMSNs@ALN-PTH/GM不仅可以促进BMSCs的成骨分化与矿化(图3)，还可提高VR-EPCs的迁移能力与成管活性(图4)。此外，MCPC/HMSNs@ALN-PTH/GM通过抑制NF-κB/MAPK信号通路介导的NFATc1转录过程进而抑制破骨细胞的生成和分化(图5)。
3. 复合骨水泥的体内生物学活性评估
为验证MCPC/HMSNs@ALN-PTH/GM的体内生物学活性，作者将复合骨水泥分别植入大鼠皮下和去卵巢大鼠的股骨缺损部位，进一步证实该复合骨水泥可有效调节骨吸收与骨形成平衡，改善骨质疏松病理微环境，促进血管化并加速骨再生。
综上，通过优化制备工艺，实现了MCPC/HMSNs@ALN-PTH/GM的可控降解和多孔结构的形成，促进了骨质疏松治疗药物（ALN、PTH）和生物活性离子的时空释放。该复合骨水泥通过加速血管化、促进骨整合、抑制骨吸收的三重协同作用，有效改善骨质疏松的病理微环境，调节细胞稳态和成骨-破骨平衡，促进血管化骨再生，为多功能生物活性材料的设计和骨质疏松的临床治疗提供新方案。
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