Adv. Funct. Mater.：由雙膦酸鹽官能化明膠和生物活性玻璃顆粒制成的復合膠體凝膠用于骨質疏松性骨缺陷再生

【引言】

骨損失和骨折特別是伴隨退行性疾病如骨質疏松癥時需要有效的再生治療。目前，自體移植的使用仍然是臨床治療骨缺損的有效手段。然而，與該治療方式相關的缺點包括供體部位發病率高和獲得幾率小等是一大挑戰。這些臨床缺點已經促使研究人員開發骨組織再生的替代策略。因此，更多研究工作開始致力于開發各種骨再生材料。

【成果簡介】

近日，拉德堡德大學Sander C. G. Leeuwenburgh（通訊作者）團隊通過雙膦酸鹽官能化明膠和生物活性玻璃顆粒的自下而上組裝開發出了可注射復合膠體凝膠，用于再生骨質疏松性骨缺損。在雙膦酸官能化時，明膠納米顆粒對生物活性玻璃顆粒顯示出優異的粘附性，產生彈性復合凝膠。通過調整其組成，這些復合膠體凝膠兼具機械堅固性和自愈能力。復合膠體凝膠體外支持細胞增殖和分化，無需任何成骨補充劑。復合膠體凝膠的體內評估揭示了其骨質疏松性骨缺損再生的能力。此外，明膠的二膦酸鹽改性通過增強骨質疏松性骨組織的骨密度而誘導對周圍植入區域的治療作用。相關成果以題為“Composite Colloidal Gels Made of Bisphosphonate-Functionalized Gelatin and Bioactive Glass Particles for Regeneration of Osteoporotic Bone Defects”在Advanced Functional Materials上。

【圖文導讀】

圖1 掃描電子圖像

A，B）明膠（A）和生物活性玻璃顆粒（B）的掃描電子圖像

圖2 通過膠體探針AFM技術進行顆粒間粘附力測量

A）AFM設置示意圖

B）表示非功能化（Gel）或二膦酸鹽官能化明膠（BPGel）納米顆粒與MilliQ水中生物活性玻璃（BG）顆粒的相互作用的代表性力學曲線

C）在MilliQ水或PBS溶液中明膠和生物活性玻璃顆粒之間的顆粒間粘附力的量化值

圖3 凝膠的儲能模量

A，B）由非功能化（凝膠）或雙膦酸酯官能化（BPGel）明膠納米顆粒和各種生物活性玻璃組成的膠體凝膠的儲能模量（G'）（A）和tan（δ）（B）

C）由BG /明膠比為0.1（w/w）和由Gel或BPGel納米顆粒組成的不同顆粒體積分數的復合膠體凝膠的儲能模量（G'）

圖4 膠體凝膠的體內評估

A）將膠體凝膠注入骨質疏松小鼠股骨髁的外科手術的數字照片

B-D）植入8周后不同實驗組的代表性組織學圖像

E,F）分別為在（D）中的大和小矩形的高倍率圖像

G）（F）中矩形的高倍率圖像

H,I）H）缺損中和I）植入周圍區域的定量骨面積（％）

【小結】

該團隊使用由雙膦酸鹽官能化明膠和BG顆粒制成的生物活性復合膠體凝膠，證明了骨質疏松性骨缺損的成功再生。用雙膦酸鹽基團修飾明膠納米顆粒，以增強它們對BG顆粒的親和力，并利用它們的抗骨質疏松活性促進骨質疏松條件下的骨再生。總體而言，研究結果表明，該研究中開發的自愈復合膠體凝膠機械穩定，刺激骨質疏松骨的再生，這可能為治療骨質疏松性骨缺損開辟新的治療途徑。

文獻鏈接：Composite Colloidal Gels Made of Bisphosphonate-Functionalized Gelatin and Bioactive Glass Particles for Regeneration of Osteoporotic Bone Defects（Adv. Funct. Mater, 2017, DOI:10.1002/adfm.201703438）

本文由材料人生物材料組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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