《ACS AMI》：给双相磷酸钙加点料，经3D打印成血管化骨支架

节段性骨缺损(SBD)的再生修复是骨科领域亟待解决的问题。植入支架后快速诱导血管生成和骨诱导性是至关重要的。对于SBD的再生修复，移植物植入后快速诱导血管生成是必不可少的，这可以给移植物带来足够的营养、干/祖细胞和生长因子，并促进体内的生物学过程。因此，如何构建快速血管化的TEB是治疗SBD的关键。
为此，来自四川大学华西医院的付维力、李箭联合四川大学的朱向东研究员
将外周血来源的间充质干细胞(PBMSC)和内皮祖细胞(PBEPC)应用于3D打印的具有高生物活性纳米羟基磷灰石(nHA)涂层的双相磷酸钙(BCP)支架(nHA/BCP),以构建一种新的血管化组织工程骨(VTEB)用于兔股骨SBD修复（图1）。相关研究成果以“ConstructionofVascularizedTissueEngineeredBonewithnHA-CoatedBCPBioceramicsLoadedwithPeripheralBlood-DerivedMSCandEPCtoRepairLargeSegmentalFemoralBoneDefect”为题于2022年12月22日发表在《ACSAMI》上。

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图1nHA/BCP的制备及其应用示意图
1.BCP支架和nHA/BCP支架的表征
作者利用DLP打印技术和浸涂技术制备具有八面体互联多孔结构的nHA/BCP支架。在BCP和nHA/BCP支架中可以观察到八面体相互连接的多孔结构（图1A-C）， nHA/BCP支架的表面结构显示明显的纳米颗粒覆盖(图1E) 。此外， XRD和EDS表明nHA在BCP支架表面形成了沉积层， AFM证明nHA/BCP支架具有粗糙的表面进一步证实了nHA的沉积。

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图2支架的结构表征图2支架的结构表征
2.早期成骨能力的检测
之后，
通过ALP染色评估PBEPC/PBMSC共培养物的早期成骨能力。在成骨诱导4和7天后， PBEPC/PBMSC组(75:25)的ALP活性高于PBMSC组。通过测量茜素红和细胞外基质矿化进一步评估PBEPC/PBMSC共培养物支持后期成骨的潜力。结果表明， PBEPC/PBMSC的钙结节、矿化活性及其毛细血管结构均呈现出了较好的结果（图3）。

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图3成骨能力检测
采用qRT-PCR方法检测PBEPC/PBMSC与BCP、nHA/BCP共培养支架中成骨基因(Runx2、SP7、ALPL、IBSP、SPP1、BGLAP)和血管生成基因(HIF1A、KDR)的表达水平。成骨基因(SP7、ALPL、IBSP、SPP1、BGLAP ，图4A?F)和血管生成基因(HIF1A、KDR ，图4G、H)在nHA/BCP组第4、7和14天的表达最高。与BCP组和空白对照组相比， nHA/BCP组在第4天和第7天Runx2基因表达显著上调。

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图4成骨过程中的基因检测
3.通过植入VTEB进行体内SBD修复
在植入之前，在支架发生不可逆损伤的极端情况下，作者对此进行了模拟。随着负荷的增加，峰值应力始终位于植入物-骨接触区域，每1mm系统位移，直到支架被破坏（图5A-B）。植入6周后，放射学结果显示各组内固定位置良好，仅4组可见稀疏骨痂。在所有组中，骨痂形成随时间增加，并且在植入12周后， nHA/BCP-PBEPC/PBMSC组具有最多的骨痂生长(图5C) 。

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图5植入物-骨复合体的位移分布
通过基于微纤维微血管造影术的微CT对新血管形成的评估显示，在植入6周后，血管在所有四组的支架中生长，并且在第12周时显著增加(图6A) 。定量分析结果显示，所有四组中的新血管形成以时间依赖性方式增加。在第6周， nHA/BCP-PBEPC/PBMSC组的BVV/TV显著高于其他三组。 3D重建图像显示各组支架中新骨的形成(图6C) 。植入6周和12周后， nHA/BCP-PBEPC/PBMSC组的骨体积分数(BV/TV)最高，而BCP组最低，差异具有统计学意义(图6D) 。