山東大學劉宏、仇吉川團隊Composites Part B: Engineering：成骨誘導-免疫調節雙功能神經酸鈣納米顆粒促進骨再生

01 【導讀】

作為身體重量和外力的主要接受者，骨骼系統在支撐和保護身體方面起著至關重要的作用。骨組織缺損在日常生活中非常常見，如外力造成的骨外傷、手術后的骨缺損等。由于干細胞具有自我更新和多向分化的潛能，基于干細胞的骨再生是一種很有前景的治療骨缺損的方案。設計具有骨誘導性的生物材料誘導骨髓間充質干細胞(MSCs)向成骨細胞分化是骨組織工程和骨再生的關鍵。同時，在骨組織受損之后，會有大量的巨噬細胞被募集到損傷處，引發一系列炎癥響應。劇烈的炎癥響應通常導致植入物的破壞和纖維組織的形成，不利于骨修復。因此，開發同時具備成骨和免疫調節功能的生物材料在骨修復中具有重要意義。

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02 【成果掠影】

針對這個問題，山東大學劉宏、仇吉川團隊制備了兼具成骨誘導和免疫調節功能的神經酸鈣納米顆粒，這種材料將鈣離子的成骨誘導能力和神經酸的免疫調節能力整合為一體，為骨修復提供了更優異的再生微環境。作者利用納米沉淀法制備了神經酸鈣納米顆粒，體外實驗證明，神經酸鈣納米顆粒會促進MSCs向成骨細胞分化，并會通過抑制巨噬細胞的M1極化來緩解炎癥反應。體內實驗證明，與僅具有骨誘導特性的醋酸鈣或僅具有免疫調節特性的神經酸相比，神經酸鈣納米顆粒更有效地促進了大鼠顱骨缺損處的骨再生。

相關研究成果以“Osteoinduction-Immunomodulation dual-functional calcium nervonate nanoparticles for promoting bone regeneration”為題于2023年2月16日發表在Composites Part B: Engineering上。

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03 【核心創新點】

1.創新性的合成了具有成骨誘導和免疫調控雙功能的神經酸鈣納米顆粒。

2.神經酸鈣納米顆粒在溶酶體的弱酸性環境中分解出鈣離子和神經酸，從而有效的促進了MSCs的成骨分化和抑制了巨噬細胞的M1極化。

3.神經酸鈣納米顆粒為體內骨修復提供優異微環境，促進了骨再生。

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04 【數據概覽】

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圖1.神經酸鈣納米顆粒的表征。神經酸鈣納米顆粒的a）SEM圖和b）高倍SEM的圖像，c-d）神經酸鈣納米顆粒和神經酸的FTIR光譜，e）用羅丹明B標記的MSCs和溶酶體的共定位熒光圖，f）鈣離子在pH=5.5和7.4緩沖液中的累計釋放曲線

圖2.?MSCs的分化水平。a-b）培養7和14天的MSCs中成骨相關mRNA的水平, c-d）培養7天和14天的MSCs中成骨相關蛋白質的水平

圖3.?MSCs的分化水平。a-d）MSCs的免疫熒光染色結果，e）免疫熒光圖的半定量分析，f-g）MSCs的茜素紅S染色結果

圖4.?神經酸鈣納米顆粒的抗炎作用。a-c) RAW264.7細胞中炎癥相關mRNA的表達水平,?d） RAW264.7細胞中炎癥相關蛋白的表達水平，e） RAW264.7細胞的免疫熒光染色圖

圖5.?神經酸鈣納米顆粒在體內的骨修復性能。a）創建大鼠顱骨缺損模型的示意圖,?b）micro-CT圖像和骨相關參數,?c）大鼠顱骨的H&E染色圖像,?d-g)大鼠顱骨的IHC染色圖像

05【成果啟示】?

綜上所述，作者展示了一種通過納米沉淀法制備神經酸鈣納米顆粒的簡便方法。神經酸鈣納米顆粒的骨誘導和免疫調節特性分別來自于酸性環境中分解出的鈣離子和神經酸。體外實驗表明，神經酸鈣納米顆粒刺激MSCs的成骨分化，并抑制巨噬細胞M1極化。大鼠顱骨缺損修復實驗證實了神經酸鈣納米粒優異的骨修復能力。

文獻鏈接：“Osteoinduction-immunomodulation dual-functional calcium nervonate nanoparticles for promoting bone regeneration” (Composites Part B: Engineering，https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110612)

本文由作者供稿