文献信息

近日，四川大学高分子科学与工程学院，高分子材料工程国家重点实验室和四川大学华西口腔医院口腔疾病国家临床研究中心，口腔疾病研究国家重点实验室团队合作的研究成果“Self-Adaptive Antibacterial Scaffold with Programmed Delivery of Osteogenic Peptide and Lysozyme for Infected Bone Defect Treatment(程序化输送成骨肽和溶菌酶的自适应抗菌支架用于感染性骨缺损治疗)在杂志ACS Applied Materials & Interfaces(IF:10.383)上发表。平生公司的桌面型离体Micro CT(VENUS)在论文中提供了重要的大鼠颅骨图像和定量分析。
 

该研究的通讯作者李建树教授和袁泉教授，第一作者为申璐璇和曹叔琴。

文献摘要

疾病或外伤引起的骨缺损常伴有感染，严重破坏缺损部位骨组织的正常功能。能够同时减少炎症和促进成骨的生物材料是解决这一问题的有效工具。在本研究中，作者建立了基于壳聚糖支架的程序化传递平台，以增强其成骨活性并预防植入物相关感染。简而言之，成骨肽序列(YGFGG)被修饰到豇豆绿斑病毒(CCMV)表面，形成CCMV-YGFGG纳米颗粒。CCMV-YGFGG具有良好的生物相容性和体外成骨能力。然后，将CCMVYGFGG和溶菌酶加载在壳聚糖支架上，显示出良好的抗菌效果，促进骨再生，用于感染骨缺损的治疗。作为释放平台，该支架可阶段性释放溶菌酶和CCMV-YGFGG，促进感染骨缺损的再生。作者的研究为感染性骨缺损的治疗提供了一种新的和有前景的策略。

实验方法

体内抗菌实验

第二次手术后4天，从缺损处取2×1mm²面积的肉芽组织进行微生物检查。样品在10mL无菌生理盐水中均质5分钟。然后，将100μL溶液接种在琼脂板上，在37°C生化培养箱中培养24小时，进行活菌计数。从各组另一缺陷处1×1mm²的肌节组织中提取RNA。总RNA用TRIzol试剂提取。如前所述，进行定量RT-PCR。为每个靶基因设计的引物列在表S2中。

体内骨再生

8周后收集颅骨，从颅骨上剥离颅帽，用4%多聚甲醛固定。微计算机断层扫描(CT;4周后行Venus Micro-CT(VNC-102, China)对重建颅骨形态进行评价。分辨率设置为20μm。三维(3D)图像从整个和纵剖面获得。形态计量学数据，包括骨密度(BMD)、新生儿骨体积(BV)、骨体积/总体积(BV/TV)、骨表面积/骨体积(BS/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)，使用制造商提供的软件进行分析和比较，以评估不同组之间的成骨变化。

实验结果

体内抗感染实验

Micro-CT图像(图5B)显示感染骨缺损边缘不规则，缺损周围有一些空化，如骨侵蚀。相比之下，未植入MRSA的骨缺损具有规则的形状和光滑的表面，这些结果表明作者成功地建立了感染性颅骨缺损模型。

Figure 5.大鼠感染性颅骨缺损的产生和体内评估。B)细菌植入1周后感染和未感染骨缺损的Micro-CT图像

体内骨再生

采用3D Micro-CT重建分析对骨再生的影响，如图6A所示。8周后，空白组和壳聚糖支架单独植入组均未发现明显的新骨，说明自体骨无法修复感染骨缺损，需要外部干预促进骨组织再生。正如预期的那样，在提供抗菌环境的条件下，贡献骨具有更好的效果。溶菌酶抑制细菌生长，为成骨提供适宜的环境。更重要的是，CCMV修饰的成骨肽具有更好的、更持久的调节骨再生的能力只有成骨肽。CS-CCMV-YGFGG组骨再生明显低于CSCCMV-YGFGG&LZM组。基于显微CT图像，用骨体积(BV)、骨体积/组织体积(BV/TV)和骨密度(BMD)三个指标量化骨再生效果。如图6B所示，CS-CCMV-YGFGG&LZM组植入8周后BV/TV值为45.42，是CS-LZM组的3.05倍，是CS-CCMV-YGFGG组的1.81倍。在骨容量分析中也观察到类似的差异(图6C)。CS-CCMV-YGFGG&LZM组的BMD值为1.37 g/cm3，约为CS-LZM组的1.15倍，为CS-CCMV-YGFGG组的1.08倍(图6D)。

图6  植入8周后的体内成骨评估。(A)术后8周通过三维显微ct图像重建评估感染颅骨缺损矿化。通过分析(B)骨体积与总组织体积(BV/TV)的比较，定量评估各组的新骨形成情况。(C)骨体积，(D)骨密度(BMD)

文献结论

单独使用成骨肽可能会导致其不稳定，降低其利用率。在本研究中，作者使用CCMV修饰的成骨肽序列来增强肽的稳定性，从而提高其成骨效率。该肽也可以调节体外成骨活性。将溶菌酶装入壳聚糖海绵中，在体外抗菌效果良好。在作者的研究中，作者将这两种生物活性材料装入壳聚糖海绵中，并将其应用于MRSA诱导的大鼠骨缺损感染的治疗。在壳聚糖海绵中加载这两种生物活性物质，表现良好感染性骨缺损治疗的抗菌作用及促进骨再生。作为释放平台，该支架可阶段性释放溶菌酶和CCMV-YGFGG，促进感染骨缺损的再生。本研究为生物活性和骨科生物材料的发展提供了新的方向，具有广阔的应用前景。

使用设备

                                      Micro CT（型号：VENUS）（平生医疗科技）

                                             影像软件：Avatar（平生医疗科技）