近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院賴毓霄研究團(tuán)隊(duì)在骨缺損治療方向取得重大突破，團(tuán)隊(duì)采用低溫沉積3D打印技術(shù)研發(fā)了一種可降解高分子復(fù)合黑磷的多功能仿生多孔支架，首次研究了黑磷支架在植入骨組織中引起的免疫響應(yīng)功能，該支架能夠通過調(diào)控免疫系統(tǒng)影響免疫微環(huán)境從而有效促進(jìn)骨缺損修復(fù)，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景（圖1）。相關(guān)研究成果以題為Regulation of Osteoimmune Microenvironment and Osteogenesis by 3D-Printed PLAG/black Phosphorus Scaffolds for Bone Regeneration發(fā)表在Advanced Science期刊上（IF=15.10）。論文第一作者為深圳先進(jìn)院龍晶和姚振宇副研究員，通訊作者為賴毓霄研究員。
骨缺損的治療是臨床上亟需解決的重大挑戰(zhàn)之一，3D打印技術(shù)在骨科領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注，因?yàn)樗梢灾圃斐鼍哂袕?fù)雜結(jié)構(gòu)和良好生物相容性的可植入骨支架。目前的植入骨支架在與宿主組織結(jié)合方面仍存在一定的挑戰(zhàn)，在骨支架的設(shè)計(jì)中，不僅需要考慮力學(xué)性能和生物相容性，還需要考慮其在骨再生過程中對(duì)免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用。黑磷作為一種新型的二維材料，已經(jīng)在催化能源、光電器件和腫瘤治療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但對(duì)于黑磷在骨再生領(lǐng)域尤其是骨免疫微環(huán)境調(diào)節(jié)方面的作用仍需進(jìn)一步研究。在本研究中，我們使用低溫沉積3D打印技術(shù)開發(fā)了一種可降解高分子乳酸-乙醇酸（PLGA）結(jié)合黑磷（BP）的多功能仿生多孔支架，并證明了黑磷具有調(diào)控巨噬細(xì)胞極化及對(duì)骨免疫微環(huán)境和骨再生的調(diào)節(jié)作用。首先，我們發(fā)現(xiàn)PLGA/BP支架具有良好的生物相容性、生物降解性和力學(xué)性能，且黑磷的降解產(chǎn)物PO43-對(duì)骨組織礦化具有重要意義。其次，我們觀察到PLGA/BP支架可以招募巨噬細(xì)胞，并促進(jìn)它們向M2型極化，這種極化狀態(tài)有助于抑制骨損傷區(qū)早期炎癥反應(yīng)，并創(chuàng)造良好的骨免疫環(huán)境，從而促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的分化和骨再生。此外，通過對(duì)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（hBMSC）的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，我們篩選并證明了PLGA/BP支架可以通過激活PI3K-AKT信號(hào)通路促進(jìn)IBSP和SPP1的表達(dá)。在體內(nèi)研究中我們進(jìn)行了一項(xiàng)針對(duì)類固醇相關(guān)性骨壞死（SAON）大鼠的實(shí)驗(yàn)，SAON是一種由長(zhǎng)期使用或短期內(nèi)大劑量使用皮質(zhì)類固醇治療引起的常見骨科疾病，其過程伴有嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。我們提出了一種以臨床挑戰(zhàn)為導(dǎo)向的骨免疫調(diào)節(jié)和成骨治療方法，利用適當(dāng)?shù)墓切迯?fù)材料對(duì)SAON骨缺損進(jìn)行填充和修復(fù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用3D打印的PLGA/BP支架能夠誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞的增加，促使機(jī)體產(chǎn)生適合骨整合的免疫微環(huán)境，加速骨組織的形成和修復(fù)效果，表明黑磷支架在骨科領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，為開發(fā)骨修復(fù)生物材料在再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用上提供了一種有效策略。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院跨學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市自然科學(xué)基金基礎(chǔ)研究等相關(guān)項(xiàng)目的資助。
低溫3D打印黑磷支架用于骨免疫調(diào)控及促進(jìn)骨缺損修復(fù)的研究路線圖
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