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1、研究背景

骨組織再生是一個多種細胞參與的愈合過程，其中包括間充質(zhì)干細胞的募集、生長因子的釋放、新生血管的長入、成骨細胞的增殖分化等。間充質(zhì)干細胞與血管細胞在此過程中均扮演著重要的角色，早期血管細胞的募集，新生血管化網(wǎng)絡(luò)的形成有助于傳遞和代謝骨修復(fù)所需要的營養(yǎng)，并將干細胞輸送至缺損位置生產(chǎn)骨形成細胞，并提供磷酸根等無機鹽離子為后期的骨礦化奠定基礎(chǔ)。骨生成與血管生成在骨缺損重建中的緊密關(guān)系被稱為“成骨成血管耦合”。因此，研究制備載細胞營養(yǎng)組織微球，建立裝載細胞與組織周圍細胞的調(diào)控環(huán)路，促進成骨成血管耦合，對骨再生具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。

2、文章概述

近日，香港理工大學(xué)趙昕副教授課題組通過靜電噴霧技術(shù)制備了裝載干細胞與營養(yǎng)細胞的微球，該微球可滋養(yǎng)球內(nèi)外細胞，增強球內(nèi)外部細胞聯(lián)系。微球內(nèi)裝載的間充質(zhì)干細胞可以產(chǎn)生活性氣體一氧化氮（NO），在調(diào)控自身成骨分化的過程中，可釋放NO至缺損組織處，促進周圍BMSCs和內(nèi)皮細胞(ECs)在骨缺損部位的成骨-血管生成耦合，可有效促進骨組織修復(fù)。

該技術(shù)制備了裝載L-精氨酸摻雜的羥基磷灰石納米粒子(Arg/HA NPs)和骨間充質(zhì)干細胞（BMSCs)的海藻酸鈉微球(Arg/HA-SA@BMSC)。Arg/HA NPs持續(xù)穩(wěn)定地釋放L-精氨酸和Ca²⁺，微球內(nèi)的BMSCs在Ca²⁺催化下下將L-精氨酸代謝成生物活性氣體一氧化氮(NO)，從而激活一氧化氮(NO)/環(huán)狀鳥苷一磷酸（cGMP）信號通路。NO/cGMP通路的激活進一步調(diào)控cGMP依賴性蛋白激酶（PKG），從而刺激細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK1/2）的下游信號傳導(dǎo)，進而分別誘導(dǎo)BMSCs的成骨分化和ECs的血管生成。同時，生成的NO與Ca²⁺和L-精氨酸擴散至微球外，在裝載的細胞與周圍細胞間產(chǎn)生內(nèi)部/外部調(diào)控回路，促進周圍BMSCs和ECs在骨缺損部位的成骨-血管生成耦合。在大鼠顱骨缺損模型的治療中，這種裝載再生營養(yǎng)元素的微球可有效增加骨組織形成和新血管再生。該微球系統(tǒng)作為一種高通量、微創(chuàng)且高效加速骨愈合的策略可簡化血管化骨再生的治療方案。

3、圖文導(dǎo)讀

圖2 BMSCs在微球中的成骨分化表征。（A、B）BMSCs在微球中的堿性磷酸酶染色與茜素紅染色結(jié)果。（C、D）堿性磷酸酶染色與茜素紅染色定量分析結(jié)果。（E、F）BMSCs在微球中的一型膠原熒光染色與定量結(jié)果。（G-I）Col-1、OCN與BMP-2成骨分化基因的表達。

圖3 微球?qū)ν獠緽MSCs與HUVEC細胞的調(diào)控作用。（A）BMSCs和HUVECs與微球共培養(yǎng)示意圖。(B、C) 與微球共培養(yǎng)的BMSCs的堿性磷酸酶染色與茜素紅染色結(jié)果。(D、E) 與微球共培養(yǎng)的HUEVC的CD31免疫熒光染色與成管實驗結(jié)果。

該項目獲得國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金項目（港澳）（82122002）與香港理工大學(xué)intra-faculty基金（ZPVC）等項目的資助，謹此感謝。

趙昕博士現(xiàn)為香港理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系副教授, 博士生導(dǎo)師。趙博士團隊致力于工程學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域中的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究工作，主要研究興趣包括生物活性材料、靶向藥物遞送、組織工程支架、器官芯片等。截止目前，在Nat. Mater.、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、Mater. Today、Adv. Funct. Mater.、Biomaterials、Small等國際頂級期刊發(fā)表論文100余篇，論文累計總引用5000余次，H指數(shù)為39（Google Scholar Citations），6篇論文入圍“ESI高被引論文”。作為主要申請人主持國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項目(港澳)、香港研究資助局、香港創(chuàng)新科技署及香港食物及衛(wèi)生局科研項目總計10余項，共計受資助1500余萬港幣。此外，她負責(zé)的“光交聯(lián)納米復(fù)合仿生植骨材料”項目獲得2021年日內(nèi)瓦國際發(fā)明獎銀獎。趙博士還擔(dān)任中國英文期刊《Engineered Regeneration》創(chuàng)刊主編和《Bio-Design and Manufacturing》副主編。