重庆医科大学邓忠良/梁冰团队：可注射仿生多孔水凝胶适形性原位支架，控制镁离子释放以及促成骨分化加速骨再生

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创伤、感染以及骨肿瘤切除等引起的骨缺损，特别是大面积骨缺损修复，仍然是临床治疗中的难题。目前临床主要采用自体骨或异体骨移植治疗骨缺损，但由于骨源有限以及潜在的免疫排斥、疾病传播风险，应用受到限制。而现有的人工骨材料，如金属及合金材料，虽然能够提供适宜的力学支撑，但仍存在着应力遮挡、需要二次手术取出等问题，且难以运用于不规则骨缺损的填充修复。因此，急需一种能够满足不规则骨缺损填充修复并能生物可降解吸收的人工骨材料。

PLGA是FDA认证的医用高分子聚合物，具有良好的生物相容性，可以微球载体及凝胶的形式进行运用，并体现出作为骨修复生物材料的优势。但既往的研究表明，由于缺乏成骨诱导性，单纯PLGA的骨修复效能有限，且降解过程中产生的酸性产物易导致无菌性炎症，影响骨修复进程。同时，受植入方法的限制，对不规则的骨缺损修复能力欠佳。团队前期研究表明（Adv Mat.2014; Acta Bio.2016; Biomat. Sci. 2019等），PLGA可注射凝胶能够通过溶剂交换实现液固相变，其固化后可形成类似骨的多孔支架结构，具有良好的骨修复潜能。针对以上问题，近期，重庆医科大学邓忠良/梁冰团队在国际知名期刊Biomacromolecules发表文章“A Three-in-One Strategy: Injectable Biomimetic Porous Hydrogels for Accelerating Bone Regeneration via Shape-Adaptable Scaffolds, Controllable Magnesium Ion Release, and Enhanced Osteogenic Differentiation”（IF: 6.988） 。

图1：可注射仿生多孔水凝胶（PMM）适形性原位支架，控制镁离子释放以及促成骨分化加速骨再生

本研究设计了具有良好适形性、相转变性和可降解性的PLGA水凝胶体系，用于不规则骨缺损的填充及修复。研究结果显示该水凝胶（PMM）能很好的填充不规则缺损，并在原位形成仿生多孔的支架结构。此外，PMM水凝胶所搭载的氧化镁/碳酸镁复合物不仅能够中和PLGA降解产生的酸性产物，还能通过可控释放镁离子显著促进干细胞的迁徙运动及成骨分化。

图2：PMM水凝胶多孔支架结构及成骨诱导性能验证。A: PMM水凝胶内部多孔结构。B-E: PMM水凝胶促进干细胞成骨分化效能验证。

在SD大鼠的颅骨缺损模型中，PMM水凝胶能够快速填充颅骨缺损并通过相转变生成多孔的支架结构。随着材料的降解和镁离子的释放，水凝胶逐渐被新生骨组织取代并最终实现完全降解。本课题研究结果显示，PMM水凝胶能够充分填充不规则骨缺损并促进骨缺损修复，具有一定的临床转化潜力。

图3：PMM水凝胶促进SD大鼠颅骨缺损修复。A：Micro-ct成像。B-C：颅骨双缺损部位HE、特殊染色及免疫组化。

重庆医科大学附属第二医院硕士生周航，重庆市中医院/重庆医科大学附属第二医院博士后余柯晓为该论文的共同第一作者。重庆医科大学基础医学院梁冰助理研究员，重庆医科大学附属第二医院邓忠良教授为该论文的共同通讯作者。上述研究得到了国家自然科学基金、国家博士后基金、重庆市自然科学基金等基金项目的大力支持。

邓忠良教授团队近年来在骨肿瘤及骨修复疾病的治疗领域持续开展工作，发表了一系列相关研究论文（J. Magnes. Alloys 2021; Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 2020; Theronostics 2019等）。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.1c00842

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