文獻(xiàn)信息
近日,昆明醫(yī)科大學(xué)科技成果孵化中心、云南省干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)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(nèi)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(xié)同抗炎成骨的n-HA/白藜蘆醇/殼聚糖復(fù)合微球用于骨質(zhì)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(xiàn)背景:
隨著社會人口老齡化,骨質(zhì)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(zhì)疏松癥和促進(jìn)骨缺損再生修復(fù)的功能材料具有重要意義。通常地,移植材料伴隨著炎性細(xì)胞的浸潤和促炎因子的大量分泌,阻礙了缺損骨的修復(fù)。本研究設(shè)計了納米羥基磷灰石(n-HA)/白藜蘆醇(Res)/殼聚糖(CS)復(fù)合微球,通過局部緩釋Res,創(chuàng)造有利的微環(huán)境,促進(jìn)成骨。體外釋放研究證實(shí)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(xiàn)為促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β和iNOS在RAW264.7細(xì)胞中的表達(dá)呈劑量依賴性下降。此外,復(fù)合微球增強(qiáng)了骨髓基質(zhì)干細(xì)胞在微球上的粘附和增殖,表明復(fù)合微球有利于細(xì)胞生長。Runx2、ALP、Col-1和OCN的上調(diào)以及成骨介質(zhì)中的大量礦化支持了增強(qiáng)骨分化的能力。當(dāng)植入骨質(zhì)疏松性大鼠股骨髁的骨缺損中時,增強(qiáng)的軟骨內(nèi)骨愈合和骨再生表明,n-HA /Res /CS復(fù)合微球更有利于受損的骨折愈合。結(jié)果表明,優(yōu)化的nHA/Res/CS復(fù)合微球可作為骨質(zhì)疏松性骨缺損/骨折治療的多功能填料。
實(shí)驗方法:
骨質(zhì)疏松模型
為建立骨質(zhì)疏松動物模型,對大鼠進(jìn)行雙側(cè)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(cè)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(shù)后,皮下注射青霉素(0.05毫克/千克)以抗感染。2個月后,根據(jù)先前的研究,此時應(yīng)已建立骨質(zhì)疏松模型。
臨界骨缺損模型
將上述成功制備的骨質(zhì)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(fù)合微球,骨蠟處理后,逐層縫合。手術(shù)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(tǒng)(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(nèi)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(nèi)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(shù)量(Tb.N)。
實(shí)驗結(jié)果:
顯微CT成像顯示,負(fù)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(shù)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(tǒng)計學(xué)意義,表明釋放Res以劑量依賴性方式有效促進(jìn)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(kuò)展。與3D圖像觀察一致,隨著負(fù)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(jīng)形成了骨組織。與其他組相比,高Res負(fù)荷CM-50組顯示出更強(qiáng)的骨重建能力。
n-HA /Res /CS復(fù)合微球的體內(nèi)骨重建。(a) 6周時各組的顯微CT圖像,藍(lán)色虛線圓圈表示原始缺陷區(qū)域。(b) 股骨缺損內(nèi)骨再生的顯微CT參數(shù)。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(shù)。誤差條表示平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=3)(***p<0.001;**p<0.01;*p<0.05)。(有關(guān)此圖例中顏色參考的解釋,請讀者參考本文的Web版本。)
文獻(xiàn)結(jié)論:
采用乳化化學(xué)交聯(lián)法制備了生物相容性n-HA/Res/CS復(fù)合微球。該系統(tǒng)能夠操縱Res的藥物釋放曲線,影響RAW264.7細(xì)胞的抗炎程度。正如預(yù)期的那樣,負(fù)載Res的微球在炎癥標(biāo)記物、TNF-α、IL-1β和iNOS的下調(diào)方面引發(fā)了增強(qiáng)的抗炎反應(yīng)。體外和體內(nèi)評價表明,該復(fù)合微球能夠刺激骨髓基質(zhì)干細(xì)胞增殖和骨分化,并在骨質(zhì)疏松條件下促進(jìn)內(nèi)軟骨形成和骨重塑。結(jié)果表明,n-HA /Res /CS復(fù)合微球作為骨填料有可能修復(fù)骨質(zhì)疏松性骨缺損/骨折。
使用設(shè)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)