協同抗炎成骨的n-HA白藜蘆醇殼聚糖復合微球用于骨質疏松性骨再生

文獻信息

近日，昆明醫(yī)科大學科技成果孵化中心、云南省干細胞和再生醫(yī)學重點實驗室，云南省第一人民醫(yī)院口腔科，云南省第三人民醫(yī)院內分泌科等單位的研究成果“Synergistic anti-inflammatory and osteogenic n-HA/resveratrol/chitosan composite microspheres for osteoporotic bone regeneration（協同抗炎成骨的n-HA/白藜蘆醇/殼聚糖復合微球用于骨質疏松性骨再生）在雜志Bioactive Materials（IF：14.593）上發(fā)表。平生公司的離活一體Micro CT（型號NEMO）在論文中提供了重要的大鼠股骨圖像和定量分析。

該研究的通訊作者為桂莉和陸聲教授，第一作者為李麗梅、于瑪麗和李瑤。

文獻背景：

隨著社會人口老齡化，骨質疏松性骨缺損的治療在臨床上面臨巨大挑戰(zhàn)，開發(fā)一種兼具治療骨質疏松癥和促進骨缺損再生修復的功能材料具有重要意義。通常地，移植材料伴隨著炎性細胞的浸潤和促炎因子的大量分泌，阻礙了缺損骨的修復。本研究設計了納米羥基磷灰石（n-HA）/白藜蘆醇（Res）/殼聚糖（CS）復合微球，通過局部緩釋Res，創(chuàng)造有利的微環(huán)境，促進成骨。體外釋放研究證實了n-HA/Res/CS微球用于Res控釋的可行性。值得注意的是，微球具有顯著的抗炎活性，表現為促炎細胞因子TNF-α、IL-1β和iNOS在RAW264.7細胞中的表達呈劑量依賴性下降。此外，復合微球增強了骨髓基質干細胞在微球上的粘附和增殖，表明復合微球有利于細胞生長。Runx2、ALP、Col-1和OCN的上調以及成骨介質中的大量礦化支持了增強骨分化的能力。當植入骨質疏松性大鼠股骨髁的骨缺損中時，增強的軟骨內骨愈合和骨再生表明，n-HA /Res /CS復合微球更有利于受損的骨折愈合。結果表明，優(yōu)化的nHA／Res／CS復合微球可作為骨質疏松性骨缺損／骨折治療的多功能填料。

實驗方法：

骨質疏松模型

為建立骨質疏松動物模型，對大鼠進行雙側卵巢切除（OVX）。簡言之，在戊巴比妥鈉（30毫克/千克）的作用下，大鼠雙側腰部皮膚接受1厘米的線性切口。對于OVX大鼠，輕輕移除兩個卵巢。然后重新定位并縫合組織層。手術后，皮下注射青霉素（0.05毫克/千克）以抗感染。2個月后，根據先前的研究，此時應已建立骨質疏松模型。

臨界骨缺損模型

將上述成功制備的骨質疏松性大鼠麻醉處理后，制造直徑為3 mm、高度為3 mm的缺損，植入復合微球，骨蠟處理后，逐層縫合。手術后，皮下注射青霉素（0.05毫克/千克）以抗感染。6 周后取材。

Micro-CT分析

用顯微CT系統（NEMO，NMC-100，平生醫(yī)療科技有限公司）分析植入物（n=3）。簡單地說，將試樣置于樣品架中，在以下條件下掃描：掃描分辨率，7.5μm；電源電壓90 kV，電流0.06 mA，由采集軟件Cruiser（平生公司）完成。為了定量評估缺陷內的成骨，通過連接到Micro CT的分析軟件Avatar（平生公司）選擇直徑為2.5 mm、高度為2.5 mm的感興趣區(qū)域（ROI），以表示內部再生骨。這得出了骨密度（BMD）、骨體積/總體積（BV/TV）、連接密度（Conn.D）、小梁厚度（Tb.Th）、小梁分離（Tb.Sp）和小梁數量（Tb.N）。

實驗結果：

顯微CT成像顯示，負載Res的微球改善了成骨能力（圖10a）。CM-0組再生不良，缺損區(qū)組織數量有限。CM-50的作用略大于CM-30和CM-40，但CM-30和CM-40之間的差異無統計學意義，表明釋放Res以劑量依賴性方式有效促進骨形成。值得注意的是，CM-50組可見部分組織橋接，大量新生骨向缺損區(qū)中心擴展。與3D圖像觀察一致，隨著負載Res含量的增加，BMD、BV/TV、Conn.D、Tb⋅Th，Tb⋅N增加，Tb.Sp降低（圖10b）。這表明各組之間已經形成了骨組織。與其他組相比，高Res負荷CM-50組顯示出更強的骨重建能力。

n-HA /Res /CS復合微球的體內骨重建。（a） 6周時各組的顯微CT圖像，藍色虛線圓圈表示原始缺陷區(qū)域。（b） 股骨缺損內骨再生的顯微CT參數。BMD：骨密度；BV /TV：骨體積/總體積；連接D：連接密度；Tb⋅Th：小梁厚度；Tb.Sp：小梁分離；Tb⋅N：小梁數。誤差條表示平均值的標準偏差（n=3）（***p<0.001；**p<0.01；*p<0.05）。（有關此圖例中顏色參考的解釋，請讀者參考本文的Web版本。）

文獻結論：

采用乳化化學交聯法制備了生物相容性n-HA／Res／CS復合微球。該系統能夠操縱Res的藥物釋放曲線，影響RAW264.7細胞的抗炎程度。正如預期的那樣，負載Res的微球在炎癥標記物、TNF-α、IL-1β和iNOS的下調方面引發(fā)了增強的抗炎反應。體外和體內評價表明，該復合微球能夠刺激骨髓基質干細胞增殖和骨分化，并在骨質疏松條件下促進內軟骨形成和骨重塑。結果表明，n-HA /Res /CS復合微球作為骨填料有可能修復骨質疏松性骨缺損/骨折。

使用設備：

Micro CT（型號：NEMO）（平生醫(yī)療科技）

影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）