上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院崔文國&鄧廉夫Small：仿生功能性P-BP@BMP2電紡納米纖

DOI: 10.1002/smll.202005433

理想的骨修復材料應首先識別并募集成骨細胞前體細胞以啟動修復過程，然后促進成骨細胞分化并加速細胞外基質（ECM）的礦化。在此，研究者采用受生物啟發的階段性骨再生策略，將骨形態發生蛋白2（BMP2）修飾黑磷（BP@BMP2）納米片負載到聚乳酸（PLLA）電紡纖維支架上，其結合了募集成骨細胞前體細胞和生物礦化特性，采用微溶膠靜電紡絲技術成功構建了一種骨再生材料。BP作為載體，不僅可以提供負表面和強大的BMP2負載能力，還能夠在電紡纖維支架上以三維方式促進生物礦化，而BMP2的作用則是靶向成骨細胞前體細胞以進行募集和成骨分化，從而使BP@BMP2納米片具有階段性骨再生能力。此外，體外和體內數據表明，負載BP@BMP2的電紡纖維支架具有良好的生物相容性和強大的成骨能力，從而能夠快速再生新骨組織。綜上所述，這種新開發的仿生BMP2修飾BP電紡纖維具有階段性骨再生特性，通過將成骨前體細胞募集到骨損傷部位并加速生物礦化，是一種很有前途的生理性骨修復方法。

圖1.BP@BMP2納米片的形態和表征。A）制備BP@BMP2納米片的步驟示意圖。B）BP和BP@BMP2納米片的Zeta電位。C）第0天裸BP和BP@BMP2納米片的圖像，將其暴露于空氣和光以進行降解測試。D）裸BP和F）BP@BMP2納米片的TEM圖。E）BP和G）BP@BMP2納米晶體的HR-TEM圖像。H）BP和BP@BMP2納米片的XPS。I）BP和BP@BMP2納米片的拉曼散射光譜。J）BP和BP@BMP2納米片在不同時間點的吸收光譜。

圖2.A）PLLA和其他微溶膠支架（P-BP，P-BMP2，P-BP@BMP2）的SEM圖像。B）PLLA和代表性微溶膠P-BP@BMP2電紡支架的TEM圖像。C）HA微溶膠顆粒在DCM中的DLS規則。D）不同支架的FTIR光譜。E）不同支架的應力-應變曲線。F）不同支架的水接觸角。G）P-BMP2和P-BP@BMP2支架的BMP2釋放曲線。H）P-BP和P-BP@BMP2支架的PO43-釋放曲線。

圖3.A）經P-BP、P-BMP2和P-BP@BMP2支架處理3天的細胞的死活染色。B）在與P-BP、P-BMP2和P-BP@BMP2支架共培養3天的細胞上的細胞骨架染色。C）第3天，粘附在PLLA、P-BP、P-BMP2和P-BP@BMP2支架上的BMSCs的典型SEM圖像。黑色箭頭表示細胞。D）使用CCK-8進行細胞定量，表示為450nm處的OD值與以天為單位的培養時間的關系。E）通過細胞骨架染色定量的平均細胞面積（μm）。

圖4.BMSCs體外成骨評估。A）用骨傳導培養基培養7天和14天的ARS染色。B）第7和14天ARS染色的定量結果。C）用骨傳導性培養基培養3天和7天的ALP染色。D）用骨傳導性培養基培養3天和7天的ALP活性。（NS，無顯著差異；電紡支架（PLLA，P-BP，P-BMP2，P-BP@BMP2）與對照組相比較，*p<0.05和**p<0.01；微溶膠電紡支架（P-BP，P-BMP2，P-BP@BMP2）與PLLA組相比較，#p<0.05和##p<0.01；P-BMP2、P-BP@BMP2支架和P-BP組相比較，％p<0.05和％％p<0.01；P-BP@BMP2支架與P-BMP2組相比較，$p<0.05和$$p<0.01）。

圖5.BMSCs孵育10天后的BMSCs基因分析，包括A）Osterix，B）ColI，C）OPN，D）ALP和E）Runx2基因。（NS，無顯著差異；**，電紡支架（PLLA，P-BP，P-BMP2，P-BP@BMP2）與對照組相比較，**p<0.01；微溶膠電紡支架（P-BP，P-BMP2，P-BP@BMP2）與PLLA組相比較，##p<0.01；P-BMP2、P-BP@BMP2支架與P-BP組相比較，％p<0.05和％％p<0.01；P-BP@BMP2支架與P-BMP2組相比較，$$p<0.01）。

圖6.體內放射分析。在不同組中第A）4和B）第8周冠狀和矢狀面的代表性顯微CT重建圖像。臨界顱骨缺損的初始邊界以紅色虛線標記。缺陷區域中C）BMD，D）BV/TV，E）TB.TH和F）Tb.Sp的匯總日期顯示出在不同處理下第4和第8周新形成的骨組織的微結構參數。（NS，無顯著差異；電紡支架（PLLA，P-BP，P-BMP2，P-BP@BMP2）與對照組相比較，*p<0.05和**p<0.01；微溶膠電紡支架（P-BP，P-BMP2，P-BP@BMP2）與PLLA組相比較，##p<0.01；P-BMP2、P-BP@BMP2支架與P-BP組相比較，％p<0.05和％％p<0.01；P-BP@BMP2支架與P-BMP2組相比較，$p<0.05和$$p<0.01）。

圖7.體內組織學分析。A）8周時的HE染色和B）Masson三色染色。（黑色箭頭表示殘留的電紡支架，黃色箭頭表示纖維層中的血管，HB表示宿主骨，NB表示新骨，FT表示纖維組織）。C）8周時不同組的相對骨成熟度值。（NS，無顯著差異；電紡支架（PLLA，P-BP，P-BMP2，P-BP@BMP2）與對照組相比較，*p<0.05和**p<0.01；微溶膠電紡支架（P-BP，P-BMP2，P-BP@BMP2）與PLLA組相比較，##p<0.01；P-BMP2、P-BP@BMP2支架與P-BP組相比較，％％p<0.01；P-BP@BMP2支架與P-BMP2組相比較，$$p<0.01）。