文献摘要
四川大学华西医院骨科及骨科研究所、四川省劳模工匠人才创新工坊等单位的研究成果"Nanosilicate-reinforced GelMA-PEGDA hydrogel promotes angiogenesis for bone regeneration"（纳米硅酸盐增强GelMA-PEGDA水凝胶促进骨再生血管生成）在杂志《International Journal of Biological Macromolecules》上发表。平生公司的离活一体CT（NEMO）在论文中提供了大鼠颅骨的形态图像和定量分析。
该论文的通讯作者为屠重棋教授，第一作者为龙静俊娇博士。
文献摘要
背景：骨组织工程已成为解决骨折关键临床需求的关键领域。本研究的重点是将具有生物相容性的GelMA大分子与合成PEGDA协同作用，并用纳米硅酸盐（SN）增强其复合水凝胶。SN的加入引入了重要的微量元素，如硅、镁和锂，促进血管生成和骨生成。表征表明，PEGDA显著增强了复合水凝胶的稳定性，而SN进一步增强了GelMA-PEGDA-SN（GPS）水凝胶的力学完整性。细胞研究表明，GPS可促进细胞增殖和迁移、血管生成性VEGF/eNOS表达和成骨分化。体内实验表明，GPS水凝胶可有效促进颅骨骨愈合，其中GPS-2配方（2% SN）具有更好的骨覆盖和增加血管形成。成骨形成和血管生成标志物CD31的评估证实了GPS水凝胶的综合骨再生潜力。这些发现突出了GPS水凝胶在促进血管生成促进骨愈合方面的重要前景。
实验方法
Micro CT扫描
为了研究支架对血管生成和成骨的影响，作者选用了12只体重220-240 g的2月龄雌性SD大鼠。将大鼠随机分为5组：i)空白（未处理）；ii) G4P6（填充G4P6样品）；iii) GPS-2（填充GPS-2样本）。所有大鼠均用异氟醚麻醉，用于术前诱导和术中维持。在双侧颅骨中创建临界尺寸的缺陷（直径6毫米），去除骨膜，并植入相应的材料。随后用生理盐水彻底冲洗手术创面并缝合。术后2天肌内注射青霉素钠控制炎症。
8周后处死动物，使用Micro-CT（平生医疗科技有限公司，NMC-200, NEMO Micro CT）评估骨愈合效果，使用Avatar软件（平生医疗科技有限公司）进行重建和定量分析。定量分析包括骨矿物质密度（BMD）、骨体积/组织体积（BV/TV）、小梁厚度(Tb.Th)。
实验结果
SN的掺入具有促进骨生成和血管生成的潜力。SN的降解产物，如正硅酸（Si(OH)4）、Mg2+、锂等，可直接刺激成骨蛋白的表达。为了进一步评估水凝胶再生骨和促进血管形成的能力，将水凝胶标本植入SD大鼠两侧临界尺寸的颅骨缺损。影像学和组织学评估定量评估缺损部位的新骨形成。8周时，与G4P6组和Blank组相比，GPS-2组骨再生明显增加（图6A）。具有新骨长入的水凝胶的三维重建二进制微CT图像显示，GPS-2组的缺损中骨形成更多。此外，GPS-2组的骨体积分数（BV/TV）（33%）比空白组（11%）高3倍（图6E）。与其他组相比，GPS-2组也表现出更高的骨小梁厚度（Tb.Th）、骨矿物质密度（BMD）和新骨面积（图6E）。这些结果表明，SN增强水凝胶在早期阶段有效激活骨再生。
图6：第8周体内评价：(A)、(E)显微CT重建颅骨缺损的代表性图像及定量分析
使用结论
骨的复杂结构以钙化区域与血管网络交织为特征，需要特殊的环境来支持血管生成和成骨。在我们的研究中，作者开发了一种基于GelMA-PEGDA的水凝胶基质，在皂矿衍生的粘土SN中强化，提高了机械强度并延缓了降解。SN的分解产物，如镁、正硅酸和锂矿物，有助于促进血管和骨再生。体外研究表明，GPS水凝胶可显著促进血管源性HUVECs、成骨性BMSCs和MC3T3-E1细胞的迁移、增殖和分化。同样，骨导电性SN增强GP复合材料也能有效促进颅骨缺损大鼠骨再生。然而，本研究的一个局限性是对SN中的每种微量元素（如Mg， Li, Si）如何影响血管形成和骨再生的理解不完整。此外，目前尚不清楚这些元素的不同浓度是否会导致骨生成的改善，这需要在未来的研究中进一步调查。总体而言，本研究使用SN增强GelMA-PEGDA水凝胶，并为血管生成和成骨提供关键的微量元素，可能为骨再生材料设计提供有价值的见解。
使用设备
Micro CT (型号：NEMO) (平生医疗科技)
影像软件：Avatar（平生医疗科技）
苏公网安备32058302003603
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