Adv. Funct. Mater.：由双膦酸盐官能化明胶和生物活性玻璃颗粒制成的复合胶体凝胶用于骨质疏松性骨缺陷再生

【引言】

骨损失和骨折特别是伴随退行性疾病如骨质疏松症时需要有效的再生治疗。目前，自体移植的使用仍然是临床治疗骨缺损的有效手段。然而，与该治疗方式相关的缺点包括供体部位发病率高和获得几率小等是一大挑战。这些临床缺点已经促使研究人员开发骨组织再生的替代策略。因此，更多研究工作开始致力于开发各种骨再生材料。

【成果简介】

近日，拉德堡德大学Sander C. G. Leeuwenburgh（通讯作者）团队通过双膦酸盐官能化明胶和生物活性玻璃颗粒的自下而上组装开发出了可注射复合胶体凝胶，用于再生骨质疏松性骨缺损。在双膦酸官能化时，明胶纳米颗粒对生物活性玻璃颗粒显示出优异的粘附性，产生弹性复合凝胶。通过调整其组成，这些复合胶体凝胶兼具机械坚固性和自愈能力。复合胶体凝胶体外支持细胞增殖和分化，无需任何成骨补充剂。复合胶体凝胶的体内评估揭示了其骨质疏松性骨缺损再生的能力。此外，明胶的二膦酸盐改性通过增强骨质疏松性骨组织的骨密度而诱导对周围植入区域的治疗作用。相关成果以题为“Composite Colloidal Gels Made of Bisphosphonate-Functionalized Gelatin and Bioactive Glass Particles for Regeneration of Osteoporotic Bone Defects”在Advanced Functional Materials上。

【图文导读】

图1 扫描电子图像

A，B）明胶（A）和生物活性玻璃颗粒（B）的扫描电子图像

图2 通过胶体探针AFM技术进行颗粒间粘附力测量

A）AFM设置示意图

B）表示非功能化（Gel）或二膦酸盐官能化明胶（BPGel）纳米颗粒与MilliQ水中生物活性玻璃（BG）颗粒的相互作用的代表性力学曲线

C）在MilliQ水或PBS溶液中明胶和生物活性玻璃颗粒之间的颗粒间粘附力的量化值

图3 凝胶的储能模量

A，B）由非功能化（凝胶）或双膦酸酯官能化（BPGel）明胶纳米颗粒和各种生物活性玻璃组成的胶体凝胶的储能模量（G'）（A）和tan（δ）（B）

C）由BG /明胶比为0.1（w/w）和由Gel或BPGel纳米颗粒组成的不同颗粒体积分数的复合胶体凝胶的储能模量（G'）

图4 胶体凝胶的体内评估

A）将胶体凝胶注入骨质疏松小鼠股骨髁的外科手术的数字照片

B-D）植入8周后不同实验组的代表性组织学图像

E,F）分别为在（D）中的大和小矩形的高倍率图像

G）（F）中矩形的高倍率图像

H,I）H）缺损中和I）植入周围区域的定量骨面积（％）

【小结】

该团队使用由双膦酸盐官能化明胶和BG颗粒制成的生物活性复合胶体凝胶，证明了骨质疏松性骨缺损的成功再生。用双膦酸盐基团修饰明胶纳米颗粒，以增强它们对BG颗粒的亲和力，并利用它们的抗骨质疏松活性促进骨质疏松条件下的骨再生。总体而言，研究结果表明，该研究中开发的自愈复合胶体凝胶机械稳定，刺激骨质疏松骨的再生，这可能为治疗骨质疏松性骨缺损开辟新的治疗途径。

文献链接：Composite Colloidal Gels Made of Bisphosphonate-Functionalized Gelatin and Bioactive Glass Particles for Regeneration of Osteoporotic Bone Defects（Adv. Funct. Mater, 2017, DOI:10.1002/adfm.201703438）

本文由材料人生物材料组Allen供稿，材料牛整理编辑。

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