葡萄糖交聯明膠/玉米醇溶蛋白納米纖維支架用于顱骨骨缺損再生的體內外評價

DOI: 10.1002/jbm.b.34498

這項研究的目的是評估葡萄糖交聯的明膠/玉米醇溶蛋白支架在體外和體內的骨再生。納米纖維支架在沉積了磷酸十八鈣和磷酸二鈣的高濃度模擬體液中表現出快速的礦化作用。在CCK-8測試中，納米纖維支架對MC3T3e1細胞沒有細胞毒性作用。此外，掃描電子顯微鏡和共聚焦激光掃描顯微鏡圖像顯示，所有支架都具有生物相容性，并顯示出對MC3T3e1細胞良好的支持作用。在成骨特征中，茜素紅染色實驗表明交聯支架上鈣沉積有所改善，而堿性磷酸酶的活性沒有差異。此外，體內顱骨再生結果表明，交聯的明膠/玉米醇溶蛋白支架對顱骨再生具有很強的積極作用，增加了新的骨量和結締組織的形成，但玉米醇溶蛋白摻入明膠支架不利于骨骼再生。此外，如較高水平的IFN-γ和較低水平的IL-6所示，交聯的明膠支架延遲了骨吸收，從而限制了破骨細胞的分化。

圖1顱骨缺損的手術程序：（a）MGZ10，MGZ11和MGZ13支架的照片（從左到右）；（b）產生5毫米的缺陷；（c）將支架放入缺損處；（d）骨膜和頭皮閉合

圖2礦化前后不同浸泡時間的交聯支架的形態：（a）×5000倍和（b）×200倍

圖3分別礦化1、2和3小時后的交聯支架的FTIR光譜

圖4浸泡3小時后的礦化支架的XRD曲線

圖5（a）在交聯的支架和TCP上的MC3T3e1細胞的CCK-8結果；（b）1天后，支架上的MC3T3e1細胞和TCP的放大200倍的SEM圖像；（c）1天和3天后，支架上的MC3T3e1細胞和TCP的CLSM圖像。值代表平均值±標準偏差（n=6）。通過Tukey檢驗，沒有相同字母的數據存在顯著差異（p <0.05）

圖6（a）細胞培養7天后茜素紅染色的光學圖像。（b）細胞培養7和14天后茜素紅染色的半定量結果；（c）在支架和TCP上培養4、7和14天后細胞的ALP活性。值代表平均值±標準偏差（n=6）。通過Tukey檢驗，沒有相同字母的數據存在顯著差異（p <0.05）

圖7（a）顱骨缺損部位的宏觀圖像；（b）8周后顱骨缺損部位的顯微CT圖像；（c）新形成的顱骨缺損骨量。值代表平均值±標準偏差（n=5）。通過Tukey檢驗，沒有相同字母的數據存在顯著差異（p <0.05）

圖8 8周后顱骨缺損的組織學圖像：（a）用H＆E染色；（b）用Masson 三色染色

圖9（a）TNF-α，（b）IL-1β，（c）IL-6和（d）IFN-γ水平的變化恢復至術前狀態（第0周）。數值表示平均值±標準偏差（n=5）。通過Tukey檢驗，沒有相同字母的數據存在顯著差異（p <0.05）

圖10炎癥細胞因子和成骨細胞之間簡化的交互作用示意圖。藍色箭頭表示促進差異化。紅線表示分化受到抑制。與對照組相比，炎癥細胞因子旁邊的箭頭表示交聯明膠支架的水平升高（紅色箭頭）和降低（綠色箭頭）