华中科技大学研究团队：明胶调控异种复合植骨材料的降解速率及成骨效应 | Engineering

由外伤、手术、先天性畸形和其他因素导致的骨缺损是当今最常见的健康问题之一。尽管自体骨移植和同种异体骨移植等策略是目前促进骨再生最成功的治疗方法，但仍存在移植物来源有限和并发症等局限性。

华中科技大学肖骏研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2022年6期刊发表了题目为《明胶调控异种复合植骨材料的降解速率及成骨效应》的研究性文章，指出Smartbone^®是一种异种复合植骨材料（由牛骨基质、聚L-乳酸-己内酯和明胶制成），具有良好的临床骨再生效果。文章使用不同来源（牛和猪来源）的明胶制备的异种复合植骨材料（分别命名为SBN和SPK），并在体外和体内评估了其生物学效应。结果表明，来自牛和猪的明胶都可以成功且安全负载于Smartbone^®上，并且能够承受苛刻的制备过程。SBN和SPK在体外显示出不同的成骨细胞效应。SBN可促进人成骨细胞的骨钙蛋白分泌，而SPK可上调骨桥蛋白的表达。在体内实验中，两种植骨材料都促进了成骨，但SPK比SBN更早降解。文章的研究结果还表明，SBN和SPK为优化骨修复植入物的吸收和再生平衡提供了不同的解决方案，这些异种复合植骨材料具有用于骨缺损修复的巨大潜力。

文章指出，治疗骨缺损的常用策略是利用骨移植促进组织再生。骨移植是最成功的治疗方法之一，因为骨移植可以提供良好的环境，促进骨传导、骨诱导和成骨作用。自体移植物是将个体一个区域的组织移植到同一个体的另一个区域，目前仍然是治疗骨缺损的“金标准”。然而，这种方法存在供区发病率高、来源有限等缺点，在小儿患者中难以实现。此外，一些患者在手术后两年内可能会有供区持续疼痛的症状。同种异体移植物，即来自不同人类供体的骨移植物，可以治疗更大的缺损。事实上，打压植骨和结构植骨仍然被认为是髋关节翻修的有效方法。然而，伦理和监管问题都是目前潜在的障碍，而且供体来源对于大规模制造来说是困难的。此外，免疫原性反应和传染病等潜在风险也不容忽视。

牛来源的松质骨植骨材料被认为具有与人骨相似的结构，其价格便宜，而且较容易大量获取，因此这些植骨材料成为生产异种骨植骨材料的理想选择。然而，基本的制造过程，包括脱脂、脱细胞和脱蛋白，通常会影响植骨材料的韧性和整体力学性能。人工合成的聚合物和生物分子是制备和增强生物材料性能的可行方法。因此，将天然骨矿物质基质与合成材料相结合，人们提出了异种复合植骨材料的策略来治疗骨缺损。一个典型的产品是SmartBone^®，该产品是通过用生物相容性聚合物涂层（聚L-乳酸-己内酯，也称为PLCL）和生物活性分子[精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD），即动物来源的明胶中暴露的胶原蛋白片段]以制备一种与天然骨具有相似特性的生物材料。添加上述两种材料可以改善力学性能和生物学性能。

文章证明了来自牛和猪的明胶可以被成功、安全地负载于植骨材料上，并可以承受制备过程，包括使用侵蚀性溶剂和灭菌的过程。体外实验证明明胶的添加可以影响成骨细胞的生物效应，体内实验证明了其成骨效应。文章研究结果发现SBN可以增强人成骨细胞OC的分泌，而SPK可以上调OPN。两种植骨材料都促进了成骨，但SPK比SBN更早降解。总的来说，这些异种复合植骨材料可以实现理想的吸收和骨再生平衡。

以上内容来自：Hao Zhu, Håvard Jostein Haugen, Giuseppe Perale, Janne Elin Reseland, Liebert Parreiras Nogueira, Antonio Gonzalez Cantalapiedra, Fernando Maria Guzon Muñoz, Maria Permuy Mendaña, Felice Betge, Ståle Petter Lyngstadaas, Jun Xiao. Tailoring Resorption Rates and Osteogenic Response in Xeno-Hybrid Bone Grafts: The Effect of Added Gelatins [J]. Engineering, 2022, 13(6): 197-208.

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原文链接：http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2021.01.010