吉大周延民/李道伟、长春应化所王欢《ACS AMI》：免疫调节型血源性复合水凝胶作为多通道微环境调节器用于增强骨再生

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背景介绍

由衰老、创伤和各种疾病引起的骨缺损一直是临床上常见的病变。目前骨缺损修复的金标准是自体骨移植，由于其具有高免疫相容性和良好的骨传导活性。然而，用于增加骨的自体骨移植物的有限可用性和供体部位的发病率已成为其临床应用的主要障碍。尽管同种异体骨移植物和合成材料是可行的替代品，但免疫排斥、疾病传播以及缺乏所需的成骨诱导特性所导致的限制仍未得到解决。

最近，自体血液衍生蛋白水凝胶在再生医学领域显示出了巨大的前景。通常，这些自体血液衍生蛋白水凝胶携带多种生长因子，它们在募集干细胞和促进骨愈合过程中起着至关重要的作用。特别地，可注射型富含血小板的纤维蛋白(i-PRF)是一种不含添加剂的新型血小板浓缩物，可在凝胶形成过程之前用于注射。一方面，具有浓缩生长因子的i-PRF可用于液体制剂中，其在凝胶形成期间可注射，并适于以微创方式填充不规则骨缺损。另一方面，i-PRF的液体形式使其在初始阶段更容易与其他具有特定功能的生物材料结合。然而，基于i-PRF的水凝胶的成骨功效仍然远不令人满意。

骨修复过程中的关键调节因素之一是骨形成细胞和免疫细胞之间的串扰。在各种免疫细胞中，巨噬细胞被认为是骨再生中的主要效应器，通过分泌各种旁分泌介质和趋化因子，以及将其他细胞募集到损伤部位。通常，巨噬细胞在成骨微环境中被功能性极化成促炎性M1表型，或者抗炎性M2表型，以维持骨骼稳态。在恢复期，M2极化巨噬细胞被认为是有利的表型，它分泌抗炎细胞因子和骨诱导因子，以促进用于骨愈合的干细胞的增殖和分化。换句话说，M2极化的巨噬细胞在有效骨修复的成骨微环境中是必需的。这是免疫调节活性不足的i-PRF在骨愈合中引起不令人满意的治疗结果的主要原因之一。因此，目前迫切需要开发具有免疫调节活性的新型i-PRF蛋白水凝胶，用于高效骨再生。

成果简介

近日，吉林大学口腔医学院的周延民教授等人报道了一种新型免疫调节血源性复合水凝胶(PnP-iPRF)，通过对成骨微环境的多通道调节来增强骨再生。这种双网络复合水凝胶由临床批准的可注射的富含血小板的纤维蛋白(i-PRF)和聚己内酯/羟基磷灰石复合纳米纤维组成，使用聚多巴胺(PDA)进行连接。PnP-iPRF中的聚己内酯成分提供了强化的凝胶结构，以在适当的生物力学微环境中刺激成骨细胞分化。最重要的是，PnP-iPRF中的多功能PDA成分不仅可以提供对i-PRF生长因子的高粘附能力，并为持续成骨创造合适的生物化学微环境，而且可以通过诱导M2巨噬细胞极化来重新编程骨免疫微环境，以促进骨愈合。本研究将为通过多通道微环境调控实现增强成骨功效提供新的范式。相关成果以标题为Immunomodulatory Blood-Derived Hybrid Hydrogels as Multichannel Microenvironment Modulators for Augmented Bone Regeneration发表在材料学领域期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。论文的通讯作者为吉林大学口腔医院周延民教授，李道伟副教授，以及中国科学院长春应用化学研究所助理研究员王欢博士。

图文导读

图1：免疫调节型i-PRF水凝胶的制备及用于高效骨再生。

图2：PnP-iPRF对骨髓间充质干细胞增殖、分化及相关生物力学微环境的影响。

图3：PnP-iPRF的免疫调节活性。

图4：PnP-iPRF在活体层面促进骨再生。

原文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c16774

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