【作者】 梁薇薇； 张学慧； 邓旭亮；

【机构】 北京大学口腔医院特诊科； 北京大学口腔医院口腔材料研究室； 北京大学口腔医学院口腔医疗器械检验中心； 国家药品监督管理局口腔材料重点实验室；

【摘要】 目的:微量元素在调节免疫反应和促进骨再生方面关键作用,因此常被用于提高骨植入材料的修复效果。但是,现有研究多集中于单一微量元素掺杂,忽视了天然细胞外基质环境呈多种微量元素共存状态,因此骨修复效果受限。本研究将硅锌双元素掺入到磷酸钙骨水泥中,同时引入PLGA微球以实现微量元素的可控缓释和提高材料生物降解性能。首先通过设计不同组别考察材料的理化性能,然后重点评价材料调控巨噬细胞功能分化及其诱导骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化能力,最后通过骨缺损植入试验验证材料的骨修复效果和生物降解性能。材料与方法:根据掺杂的微量元素,将材料分为四组:硅锌双元素组(PLGA/CPC-Si/Zn)、锌元素组(PLGA/CPC-Zn)、硅元素组(PLGA/CPC-Si)和未掺杂组(PLGA/CPC)。考察四组材料的理化性能,包括固化时间、可注射性、抗压强度、孔隙率及微量元素释放动力学等。体外评价巨噬细胞受不同材料作用后的表型转换和功能分化情况,包括M1/M2转换、炎症相关细胞因子和基因表达情况等。利用巨噬细胞条件培养基评价材料对BMSCs成骨分化的影响。构建大鼠股骨临界骨缺损模型,验证材料骨修复效果和生物降解性能。结果:与单元素组和未掺杂组相比,硅锌双元素掺杂组的各项理化性能得到明显改善,包括固化时间延长、可注射性提高和压缩强度增加。元素释放动力学结果显示,双元素组可使Si和Zn两种元素时序性可控缓释。体外RAW巨噬细胞形态观察显示双元素组可调控其呈M2型,表现为细胞面积和长径比最大。流式分析、ELISA和qPCR检测发现细胞在双元素组作用下M2表型明显提高,抑制促炎因子TNF-α表达、促进抑炎因子IL-10表达。大鼠BMSCs在双元素组的条件培养基中ALP和BMP-2表达明显增强。体内结果显示,双元素组植入大鼠股骨缺损4周后,新骨形成较其他组明显增多;植入12周后,PLGA微球内可见新骨长入;24周后,PLGA微球内被大量成熟骨组织充填,材料明显发生降解。结论:硅和锌双元素掺杂有利于改善CPC骨水泥的理化性能,并可有效调节巨噬细胞功能分化、促进BMSCs成骨分化和骨再生。PLGA微球的掺入可使微量元素实现可控时序性释放,并可提高CPC支架材料的生物降解性能。更多还原