Adv.Funct. Mater. 北京大學——“鏤空”的β-磷酸三鈣支架促進血管形成以及骨增長

成果簡介：

在牙齒拔出后，不可避免的會出現齒槽嵴的再吸收以及齒槽骨水平和垂直方向的消失現象。這不僅影響美觀，而且會因為骨體積小而對后續植入替代品帶來了困難。為了改善這種情況，研究者們采用在拔除牙齒后立即植入替代品，但這種方法在后來的臨床試驗中由于供應困難、治愈的時間長、手術程序復雜等限制得不到很好的應用。后來出現的合成替代品廣泛應用，但是它只能滿足水平的骨骼生長而在垂直方向生長乏力，由于增長不到需要的骨體積，愈合的時間長，所以也不是理想的替代品。盡管研究者們在過去的數十年里在這方面做了很多探索，但是還是沒有一個理想的選擇。

近日，來自北京大學的姜婷教授（通訊作者）和佛羅里達大西洋大學的Yunqing Kang教授（通訊作者）等人使用模型澆注的方法，研發出了“鏤空”的β-磷酸三鈣（β-TCP）支架，并將其移植到兔子的下頜骨位置進行試驗。他們發現沒有“鏤空”的同種支架，下頜骨的密度以及體積分數遠離牙床的要比靠近牙床的低，這導致骨的低處血管形成不足。通過進一步研究，他們發現雖然毛細孔在運輸營養和細胞中起到重要作用，但是由于毛細血管之間的最大距離到達200，僅僅依靠毛細孔把氧氣和營養物質通過濃密的組織運輸到需要的位置是不夠的。因此研究團隊研發了帶有1mm小孔的支架可以完美解決這些問題。另外，許多研究表明，新血管的形成還與血管內皮細胞增長因素（VEDF）、纖維細胞增長因素(FGF)等有關。近期，某些研究證明來自于未成熟骨蛋白的骨形成肽-1序列（BFP-1）不僅可以提高骨再生長能力而且可以增加在內皮細胞的VEGF受體的表達。因此，研究團隊將此序列加載到“鏤空”的支架上，并通過實驗證實可以激發垂直方向的血管向內生長。

該項獨特的技術在生物醫用替代品將有著光明的發展前景，為我國在此方面邁出了堅實的一步。

圖文導讀

圖1 沒有“鏤空”和“鏤空”的多孔支架的電子圖像及對比曲線

a）:俯視的圖像 b）:側視的圖像 c）:掃描電子顯微鏡下相互連通的毛細孔的形態 d）:四氧化三磷（PO43?）的降解曲線表明有孔洞的支架。比沒有孔洞的支架降解要快 e）:開始的三天里，相對于沒有孔洞的支架，有孔洞的支架提高了釋放BFP-1的能力

圖2 人骨髓間充質干細胞（hBMSCs）的增殖和分化影響因素及對應關系圖表

a):堿性磷酸酶褪色 b):茜素紅染色表明hBMSCs形成紅色鈣化結節 c):油紅O染色進一步證明hBMSCs可以分化進入脂肪細胞 d):細胞增殖圖表表明忽略BFP-1的影響，有孔洞的支架可以在3—5天顯著促進細胞增殖 e): BFP-1增加了hBMSCs堿性磷酸酶的活動，但是有無孔洞差別不大

圖3 骨缺陷在沒有植入支架、植入無孔洞支架以及有孔洞支架后的效果對比圖

a):直徑8mm、深度2mm的骨缺陷在比格犬的下頜骨中形成 b）：植入支架取出后深度變為4mm c）：顯微鏡圖片顯示在沒有植入支架的12周后下頜骨出現凹陷 d）：植入沒有孔洞的支架被明顯吸收 e）：植入有孔洞的支架可以維持高度以便骨再生長

圖4 蘇木素和曙紅染色后新形成骨的結構對比

植入的支架緊緊的固定在牙床上（從黃色的矩形框中可以看出三組圖片的兩種粉色之間并無太大差異，深色的代表牙床），并且沒有證據顯示三個樣本中有炎癥。但是可以明顯的看出有孔洞的支架一組相對于其他兩組在改善骨結構方面更好。

圖5 形成血管的能力三組樣本的對比圖表

a):植入支架4周后，有孔洞的支架形成血管的數量明顯高于其他兩組 b):在牙床不同位置形成血管的數量顯示出不同的差異

圖6 維持骨再生高度的能力對比圖表關系

a):顯微CT圖像顯示有孔洞的支架可以位置再生骨的高度，而無孔洞的支架出現高度的降低 b,c):有孔洞的支架可以顯著提高骨成型能力 d):三組樣本的密度無明顯差異

文獻鏈接：Channeled β-TCP Scaffolds Promoted Vascularization and Bone Augmentation in Mandible of Beagle Dogs（Adv. Funct. Mater, 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602631）

本文由材料人生物材料小組李倫供稿，材料牛負責整理。

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