外泌体赋予可光固化 3D打印45S5陶瓷支架以增强血管生成-成骨耦合
行业新知
近日，青岛大学附属医院脊柱外科Yongming Xi带领的团队在《Composites Part B》发表了题为Exosomes endow photocurable 3D printing 45S5 ceramic scaffolds to enhance angiogenesis-osteogenesis coupling for accelerated bone regeneration的研究，使用含有双键的硅烷偶联剂来改性四面体硅酸盐，从而制备出可光固化的45S5生物活性玻璃前驱体。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135983682400266X?dgcid=rss_sd_all
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研究内容
骨缺损是由先天畸形、严重创伤、恶性肿瘤和感染引起的常见骨科疾病，现有的治疗材料常缺乏血管化，导致移植的修复材料坏死。本研究开发了一种光固化45S5前驱体，并将其与磷酸三钙（TCP）结合，通过光聚合3D打印制成支架。这种支架进一步结合了GelMA水凝胶和内皮祖细胞外泌体（EPC-exos），以增强其血管化骨再生能力。研究确认，EPC-exos通过P38/MAPK通路促进了骨再生，实现了血管生成与成骨的耦合。
△图1，示意图显示内皮祖细胞来源的外泌体赋予可光固化的3D打印45S5陶瓷支架，以增强血管生成、成骨，加速骨再生。
△图2，(A)光固化45S5前驱体PG的修饰与合成。(B)PG的光交联特性。对BG、非交联PG和交联PG的(C) FTIR光谱分析。（D-E）PG和PG/TCP凝胶的光敏流变学结果。(F)光固化3D打印PT支架。(G)PG和PT支架的打印性优良。(H)PG、PT、PT/G的SEM图像。（一）PG和PT的XRD图像。(J)PG、PT和PT/G支架的应力-应变曲线。(K)PG、PT和PT/G支架的极限抗压强度。(L)PG、PT和PT/G支架的压缩模量。(M)PG、PT、PT/ G支架的降解曲线。
△图3，(A)外泌体提取过程示意图。（B-D）通过TEM、NTA和Alix、Flot1和CD81的Western blot分析来鉴定EPC-exos。（E-F）骨髓间充质干细胞和HUVECs通过荧光内化EPC-exos。（红色：EPC-exos，绿色：细胞骨架，蓝色：细胞核）。(G)使用CCK-8检测方法评估第1、3和5天的BMSC活力。(H)RT-qPCR检测骨髓间充质干细胞中成骨基因mRNA的表达水平（*p < 0.05，**p < 0.01）。
△图4，采用(A) CCK-8检测各组骨髓间充质干细胞的细胞活力。(*p < 0.05, **p < 0.01).(B)各组骨髓间充质干细胞的活/死染色图像。(C)流式细胞术分析支架-细胞共培养后各组细胞的凋亡情况。(D)转孔实验通过结晶紫染色显示骨髓间充质干细胞迁移。(E)迁移细胞的定量分析。(F)第7天对骨髓间充质干细胞进行ALP染色。(G)培养7d的细胞的ALP活性。（H-I）共聚焦免疫荧光成像和成骨标志物COL1的定量评估。（J-N）各组成骨基因mRNA的表达水平（*p < 0.05，**p < 0.01）。
△图5，（A-B）划痕试验和HUVECs定量分析。（C-D）共聚焦免疫荧光图像和CD31的定量分析。（E-H）血管生成基因mRNA的表达情况（*p < 0.05，**p < 0.01）。
△图6，(A)重建6w和12w骨缺损修复的三维显微ct图像。（B-E）植入后的体内再生修复效果的定量分析。
△图7，每次植入的(A) H&E染色。每次植入均用(B) Masson染色。(C)体内组织成骨标志物氰酸盐的免疫荧光图像。(D)体内组织CD31免疫荧光图像的免疫荧光图像。（E-F）采用Image J软件（**p < 0.01，***p < 0.001）对CD31和氰酸盐表达阳性区域进行定量分析。
△图8，(A)DEmirna的热图。红色表示相对基因表达量高，蓝色表示相对基因表达量低。每一列代表一个样本，每一行代表一个显著的miRNA。(B)通过京都基因和基因组百科全书（KEGG）分析对DE miRNAs靶基因的通路分析。(C)氧化石墨烯分析包括功能通路、生物过程和细胞成分。(D) RT-qPCR检测体外MAPK通路相关基因的相对表达水平。（E-K）JNK、磷酸化JNK（P-JNK）、ERK1/2、磷酸化ERK1/2（PERK1/2）、P38和磷酸化P38（P-P38）蛋白在骨髓间充质干细胞中的表达（*p < 0.05，**p < 0.01）。
研究结论
本研究通过双键功能化改性45S5前驱体，并采用光固化3D打印方法制作了PT支架。将封装在GelMA中的EPC-exos固定在PT支架上，形成功能化的PT/G@Exos复合支架，以促进血管生成-成骨耦合，从而增强骨再生能力。研究表明，该复合支架通过P38/MAPK通路促进骨再生，并为开发临床应用的高级骨组织工程支架提供了新见解。