北京化工大学蔡晴教授、杨小平教授团队：可控镁离子释放的可注射微球型骨修复材料

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镁是人体内含量第四多的元素，其中一半都存在于骨组织中，在天然骨中，镁阳离子可以进入羟基磷灰石（HA）晶格中直接影响骨密度和骨力学性能。近年来，研究人员对于镁离子的生物学作用进行了深入研究发现，一定浓度的镁离子可以促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的增殖和成骨分化。但是，过高浓度的镁离子也会带来明显的细胞毒性和生理毒性。因此，将镁整合入骨组织工程支架材料中，并且精确调控镁离子的释放行为，在促进骨再生的同时保证其生物安全性，对于镁在骨组织工程中的应用，具有指导意义。

北京化工大学蔡晴、杨小平教授团队针对这一问题，以聚（乳酸-羟基乙酸）（PLGA）、 氧化镁（MgO）和碳酸镁（MgCO₃）为原料，采用乳液法制备了一系列PLGA\MgO\ MgCO₃（PMg）复合微球，实现了Mg²⁺的可控释放。

图一：PMg微球的镁离子释放行为和局部pH值变化

由于MgO和MgCO₃的溶出速率不同，PMg微球可以通过调节MgO/MgCO₃比值 (1:0; 3:1; 1:1; 1:3; 0:1)来控制Mg²⁺的释放。其中，MgO含量越高，Mg2+初始浓度越高且释放速度越快; MgCO₃含量越高，Mg²⁺浓度越低，释放速度越慢。当MgO/MgCO₃=1:1时，可以得到初期无明显爆发释放，中后期呈近似线性释放的PMg-III。

图二：PMg-III微球修复大鼠颅骨临界缺损HE染色

体外实验结果显示PMg微球均无细胞毒性且经过精确调控镁离子释放行为的PMg-III显著促进了骨髓间充质干细胞的迁移、贴附、增殖和成骨分化。使用PMg-III修复8 mm大鼠颅骨临界缺损发现，相比于空白和对照组，PMg-III可以显著降低体内炎症反应，在缺损处有更多的新生骨组织和新生血管出现，新生骨体积和骨密度也明显高于对照组。

该工作以Injectable PLGA microspheres with tunable magnesium ions release for promoting bone regeneration为题发表在生物材料一区TOP杂志《Acta Biomaterialia》（IF：6.383）上。论文的第一作者为北京化工大学2016级硕士生袁作楹，通讯作者为蔡晴教授，共同通讯作者为杨小平教授。同时本研究得到了北京积水潭医院，天津医科大学口腔医学院的支持及国家重点研发计划和国家自然科学面上基金等项目的资助。

蔡晴、杨小平教授课题组长期开展组织再生相关研究，近年来在聚膦腈生物材料(J Mater Chem B, 2017, 5: 9300-9311; Macromolecules, 2016, 49, 8508-8519）、骨再生（Biomater. Sci., 2019, 7, 272-286; J Mater Chem B, 2018, 6, 7471-7485; Biofabrication 2017, 9: 025036）、神经再生（Chem Eng J, 2018, 345: 566-577; ACS Chem. Neurosci., 10.1021/acschemneuro.8b00286）等方向取得一系列研究成果。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.12.017

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