在当下的临床状况中，鉴于现有的骨修复生物材料都有着来源短缺、会引发排斥反应、成骨能力欠佳等局限性，骨缺损修复仍然是个难题。因此，研发简便、高效且副作用小的新型生物材料是当前亟待解决的问题。
因为骨基质的主要构成成分是蛋白聚糖与蛋白质，所以以天然蛋白和多糖为基础的骨移植材料备受广泛关注。而
GeIMA
(
gelatin methacryloyl
)
水凝胶能够模拟天然的三维
ECM(
extracellular matrix
)
结构， 且具有独特的精氨酸
-
甘氨酸
-
天冬氨酸肽序列，是一种很好的干细胞包封载体，可以促进细胞的粘附和增殖。然而，由于
GelMA
水凝胶缺乏足够的生物活性
,
装载
BMSCs (
bone marrow mesenchymal stem cells
)
的
GeIMA
水凝胶的骨再生能力不能得到保证。其次，当这种水凝胶植入缺损部位时，复杂的炎症微环境会影响骨髓间充质干细胞的特性，导致骨修复失败。
北京大学第三医院
周方
教授与北京航空航天大学
刘海峰
教授研究团队合作，
将装载
BMSCs
的
GeIMA
水凝胶与
CeO
2
纳米颗粒结合，通过检测
GelMA-CeO
2
水凝胶的物理和化学特性来评估水凝胶促进骨再生和调节炎症的能力。并研究了装载
GelMA-
CeO
2
水凝胶的成骨分化能力、炎症介导能力和在活体颅骨缺损模型中的骨缺损修复能力。
该工作以“
Cerium Oxide Nanoparticles-Reinforced GelMA Hydrogel Loading Bone Marrow Stem Cells with Osteogenic and Inflammatory Regulatory Capacity for Bone Defect Repair
”为题于
2024
年
11
月发表于《
ACS. Applied Materials
＆
Interfaces
》上。
【制备工艺】
GelMA-CeO
2
水凝胶的制备
：取
1g
的
GelMA
添加至
20ml
的磷酸盐缓冲盐溶液（
Phosphate Buffered Saline
，
PBS
）里，于
60
°
C
且避光的环境下静置
30min
，进而得到
5%
的
GelMA
溶液。待其完全溶解后，把苯基（
2,4,6-
三甲基苯甲酰基）膦酸锂盐（
lithium phenyl-2,4,6-Trimethylbenzoylphosphinate
，
LAP
）与
CeO
2
纳米颗粒加入其中，形成均一的混合物（
0.25% LAP
和
80
μ
g/mL CeO2
纳米颗粒）。最终，把混合溶液倒入标准容器内，借助紫外光交联的方式生成
GelMA-CeO
2
水凝胶。
【文章亮点】
1.
GelMA
-CeO
2
-BMSC
复合水凝胶
：水凝胶具有良好的生物相容性和优异的成骨诱导能力，成为有潜力应用于骨组织工程的生物材料。
2.
CeO
2
纳米颗粒抗炎功能
：水凝胶中的
CeO
2
可以促进
M2
巨噬细胞的极化，从而有助于
BMSCs
更好地成骨分化。
3.
骨缺陷修复能力
：在
SD
大鼠的骨缺损模型中，
GelMA-CeO
2
-BMSC
水凝胶显著促进了骨再生，
micro-CT
重建显示新骨形成明显，且组织学分析确认了新骨的形成。这表明
GelMA-CeO
2
-BMSC
水凝胶组具有较好的骨缺损修复效果。
图
1.
生物活性凝胶
GelMA-CeO
2
-BMSC
水凝胶制备示意图及实验步骤
表
1.
骨髓间充质干细胞
RT-PCR
分析引物
表
2.
巨噬细胞
RT-PCR
分析引物
图
2.
水凝胶的表征
图
3.
水凝胶的机械性能
图
4.
体外生物相容性评估
图
5.
体外成骨性能评价
图
6.
体外炎症调节特性评价
图
7.GelMA-CeO
2
-BMSC
水凝胶促进大鼠骨缺损再生
