文獻摘要
四川大學華西醫院骨科及骨科研究所、四川省勞模工匠人才創新工坊等單位的研究成果"Nanosilicate-reinforced GelMA-PEGDA hydrogel promotes angiogenesis for bone regeneration"（納米硅酸鹽增強GelMA-PEGDA水凝膠促進骨再生血管生成）在雜志《International Journal of Biological Macromolecules》上發表。平生公司的離活一體CT（NEMO）在論文中提供了大鼠顱骨的形態圖像和定量分析。

該論文的通訊作者為屠重棋教授，第一作者為龍靜俊嬌博士。

文獻摘要

背景：骨組織工程已成為解決骨折關鍵臨床需求的關鍵領域。本研究的重點是將具有生物相容性的GelMA大分子與合成PEGDA協同作用，并用納米硅酸鹽（SN）增強其復合水凝膠。SN的加入引入了重要的微量元素，如硅、鎂和鋰，促進血管生成和骨生成。表征表明，PEGDA顯著增強了復合水凝膠的穩定性，而SN進一步增強了GelMA-PEGDA-SN（GPS）水凝膠的力學完整性。細胞研究表明，GPS可促進細胞增殖和遷移、血管生成性VEGF/eNOS表達和成骨分化。體內實驗表明，GPS水凝膠可有效促進顱骨骨愈合，其中GPS-2配方（2% SN）具有更好的骨覆蓋和增加血管形成。成骨形成和血管生成標志物CD31的評估證實了GPS水凝膠的綜合骨再生潛力。這些發現突出了GPS水凝膠在促進血管生成促進骨愈合方面的重要前景。

實驗方法

Micro CT掃描

為了研究支架對血管生成和成骨的影響，作者選用了12只體重220-240 g的2月齡雌性SD大鼠。將大鼠隨機分為5組：i)空白（未處理）；ii) G4P6（填充G4P6樣品）；iii) GPS-2（填充GPS-2樣本）。所有大鼠均用異氟醚麻醉，用于術前誘導和術中維持。在雙側顱骨中創建臨界尺寸的缺陷（直徑6毫米），去除骨膜，并植入相應的材料。隨后用生理鹽水徹底沖洗手術創面并縫合。術后2天肌內注射青霉素鈉控制炎癥。

8周后處死動物，使用Micro-CT（平生醫療科技有限公司，NMC-200, NEMO Micro CT）評估骨愈合效果，使用Avatar軟件（平生醫療科技有限公司）進行重建和定量分析。定量分析包括骨礦物質密度（BMD）、骨體積/組織體積（BV/TV）、小梁厚度(Tb.Th)。

實驗結果

SN的摻入具有促進骨生成和血管生成的潛力。SN的降解產物，如正硅酸（Si(OH)4）、Mg2+、鋰等，可直接刺激成骨蛋白的表達。為了進一步評估水凝膠再生骨和促進血管形成的能力，將水凝膠標本植入SD大鼠兩側臨界尺寸的顱骨缺損。影像學和組織學評估定量評估缺損部位的新骨形成。8周時，與G4P6組和Blank組相比，GPS-2組骨再生明顯增加（圖6A）。具有新骨長入的水凝膠的三維重建二進制微CT圖像顯示，GPS-2組的缺損中骨形成更多。此外，GPS-2組的骨體積分數（BV/TV）（33%）比空白組（11%）高3倍（圖6E）。與其他組相比，GPS-2組也表現出更高的骨小梁厚度（Tb.Th）、骨礦物質密度（BMD）和新骨面積（圖6E）。這些結果表明，SN增強水凝膠在早期階段有效激活骨再生。

圖6：第8周體內評價：(A)、(E)顯微CT重建顱骨缺損的代表性圖像及定量分析

使用結論

骨的復雜結構以鈣化區域與血管網絡交織為特征，需要特殊的環境來支持血管生成和成骨。在我們的研究中，作者開發了一種基于GelMA-PEGDA的水凝膠基質，在皂礦衍生的粘土SN中強化，提高了機械強度并延緩了降解。SN的分解產物，如鎂、正硅酸和鋰礦物，有助于促進血管和骨再生。體外研究表明，GPS水凝膠可顯著促進血管源性HUVECs、成骨性BMSCs和MC3T3-E1細胞的遷移、增殖和分化。同樣，骨導電性SN增強GP復合材料也能有效促進顱骨缺損大鼠骨再生。然而，本研究的一個局限性是對SN中的每種微量元素（如Mg， Li, Si）如何影響血管形成和骨再生的理解不完整。此外，目前尚不清楚這些元素的不同濃度是否會導致骨生成的改善，這需要在未來的研究中進一步調查。總體而言，本研究使用SN增強GelMA-PEGDA水凝膠，并為血管生成和成骨提供關鍵的微量元素，可能為骨再生材料設計提供有價值的見解。

使用設備

                                  Micro CT (型號：NEMO) (平生醫療科技)

                                          影像軟件：Avatar（平生醫療科技）