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《ACS AMI》：給雙相磷酸鈣加點料，經3D打印成血管化骨支架

健康知識養生常識

節段性骨缺損(SBD)的再生修復是骨科領域亟待解決的問題 。 植入支架后快速誘導血管生成和骨誘導性是至關重要的 。 對于SBD的再生修復 ， 移植物植入后快速誘導血管生成是必不可少的 ， 這可以給移植物帶來足夠的營養、干/祖細胞和生長因子 ， 并促進體內的生物學過程 。 因此 ， 如何構建快速血管化的TEB是治療SBD的關鍵 。
為此 ， 來自四川大學華西醫院的付維力、李箭聯合四川大學的朱向東研究員
將外周血來源的間充質干細胞(PBMSC)和內皮祖細胞(PBEPC)應用于3D打印的具有高生物活性納米羥基磷灰石(nHA)涂層的雙相磷酸鈣(BCP)支架(nHA/BCP),以構建一種新的血管化組織工程骨(VTEB)用于兔股骨SBD修復（圖1） 。 相關研究成果以“ConstructionofVascularizedTissueEngineeredBonewithnHA-CoatedBCPBioceramicsLoadedwithPeripheralBlood-DerivedMSCandEPCtoRepairLargeSegmentalFemoralBoneDefect”為題于2022年12月22日發表在《ACSAMI》上 。
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圖1nHA/BCP的制備及其應用示意圖
1.BCP支架和nHA/BCP支架的表征
作者利用DLP打印技術和浸涂技術制備具有八面體互聯多孔結構的nHA/BCP支架 。 在BCP和nHA/BCP支架中可以觀察到八面體相互連接的多孔結構（圖1A-C） ， nHA/BCP支架的表面結構顯示明顯的納米顆粒覆蓋(圖1E) 。 此外 ， XRD和EDS表明nHA在BCP支架表面形成了沉積層 ， AFM證明nHA/BCP支架具有粗糙的表面進一步證實了nHA的沉積 。
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圖2支架的結構表征圖2支架的結構表征
2.早期成骨能力的檢測
之后 ，
通過ALP染色評估PBEPC/PBMSC共培養物的早期成骨能力 。 在成骨誘導4和7天后 ， PBEPC/PBMSC組(75:25)的ALP活性高于PBMSC組 。 通過測量茜素紅和細胞外基質礦化進一步評估PBEPC/PBMSC共培養物支持后期成骨的潛力 。 結果表明 ， PBEPC/PBMSC的鈣結節、礦化活性及其毛細血管結構均呈現出了較好的結果（圖3） 。
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圖3成骨能力檢測
采用qRT-PCR方法檢測PBEPC/PBMSC與BCP、nHA/BCP共培養支架中成骨基因(Runx2、SP7、ALPL、IBSP、SPP1、BGLAP)和血管生成基因(HIF1A、KDR)的表達水平 。 成骨基因(SP7、ALPL、IBSP、SPP1、BGLAP ， 圖4A?F)和血管生成基因(HIF1A、KDR ， 圖4G、H)在nHA/BCP組第4、7和14天的表達最高 。 與BCP組和空白對照組相比 ， nHA/BCP組在第4天和第7天Runx2基因表達顯著上調 。
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圖4成骨過程中的基因檢測
3.通過植入VTEB進行體內SBD修復
在植入之前 ， 在支架發生不可逆損傷的極端情況下 ， 作者對此進行了模擬 。 隨著負荷的增加 ， 峰值應力始終位于植入物-骨接觸區域 ， 每1mm系統位移 ， 直到支架被破壞（圖5A-B） 。 植入6周后 ， 放射學結果顯示各組內固定位置良好 ， 僅4組可見稀疏骨痂 。 在所有組中 ， 骨痂形成隨時間增加 ， 并且在植入12周后 ， nHA/BCP-PBEPC/PBMSC組具有最多的骨痂生長(圖5C) 。
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圖5植入物-骨復合體的位移分布
通過基于微纖維微血管造影術的微CT對新血管形成的評估顯示 ， 在植入6周后 ， 血管在所有四組的支架中生長 ， 并且在第12周時顯著增加(圖6A) 。 定量分析結果顯示 ， 所有四組中的新血管形成以時間依賴性方式增加 。 在第6周 ， nHA/BCP-PBEPC/PBMSC組的BVV/TV顯著高于其他三組 。 3D重建圖像顯示各組支架中新骨的形成(圖6C) 。 植入6周和12周后 ， nHA/BCP-PBEPC/PBMSC組的骨體積分數(BV/TV)最高 ， 而BCP組最低 ， 差異具有統計學意義(圖6D) 。