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全球有超過2億人受到骨質(zhì)疏松癥的影響，這是一種全身性骨代謝障礙，表現(xiàn)為骨量減少、骨微結(jié)構(gòu)改變以及骨折風(fēng)險(xiǎn)增加。在骨質(zhì)疏松患者中，由于創(chuàng)傷、腫瘤切除手術(shù)或感染，骨結(jié)構(gòu)的完整性容易受到破壞，導(dǎo)致骨缺損。盡管自體骨移植在臨床上仍是骨缺損修復(fù)的金標(biāo)準(zhǔn)，但該方法存在供體部位并發(fā)癥及資源有限等問題。因此，探索替代性骨組織再生策略顯得尤為重要。骨組織修復(fù)依賴于健康的血管條件和新生血管的形成，尤其是骨骼系統(tǒng)中的一種特殊血管——H型血管，它在成骨細(xì)胞分化和血管生成與成骨作用的耦合中起重要作用。然而，骨質(zhì)疏松癥會(huì)導(dǎo)致H型內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量減少，影響骨修復(fù)過程。氮氧化物（NO）作為內(nèi)源性氣體信號分子，已被證實(shí)能夠通過調(diào)節(jié)血管干/祖細(xì)胞，促進(jìn)成骨過程。然而，由于NO靶向性不足，限制了其在骨修復(fù)中的應(yīng)用。

針對上述問題，第四軍醫(yī)大學(xué)（空軍軍醫(yī)大學(xué)）唐都醫(yī)院郭征主任、錢濟(jì)先主任、高全有主任、周程沛團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種仿生納米材料，通過中孔硅納米粒子（MSNs）負(fù)載S-硝基谷胱甘肽（GSNO）以提供NO，并通過包裹BMSCs和人血管內(nèi)皮細(xì)胞膜（HUVECs）來實(shí)現(xiàn)靶向遞送。此外，本研究對海藻酸鈉（SA）水凝膠進(jìn)行了共價(jià)修飾，以增強(qiáng)其細(xì)胞/基質(zhì)相互作用，改善細(xì)胞黏附性能。通過引入短肽序列SKPPGTSS，水凝膠平臺可促進(jìn)BMSCs的歸巢，從而為骨缺損的修復(fù)提供基礎(chǔ)。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)SA水凝膠的硬度以優(yōu)化BMSCs的旁分泌功能，以期增強(qiáng)其在骨缺損修復(fù)中的免疫調(diào)節(jié)作用。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種兼具成骨和成血管耦合功能以及免疫調(diào)節(jié)特性的仿生納米材料，為骨質(zhì)疏松骨修復(fù)提供了一種新型策略。該研究于2024年11月1日以《Stem cell–homing biomimetic hydrogel promotes the repair of osteoporotic bone defects through osteogenic and angiogenic coupling》為題發(fā)表于《Science Advances》上（DOI: 10.1126/sciadv.adq6700）。

圖1 用于骨質(zhì)疏松性骨缺損的SA-MSNs@CM-Stiff示意圖

（1）骨質(zhì)疏松大鼠的 BMSC 表現(xiàn)出與衰老相關(guān)的特性

為深入了解BMSCs的特性，該研究調(diào)查了其衰老、干性及成骨潛力。通過micro-CT分析發(fā)現(xiàn)，卵巢切除的中年大鼠中，骨小梁的體積、厚度和數(shù)量顯著減少（圖2A）。蘇木精-伊紅染色（H&E）和Masson染色進(jìn)一步顯示卵巢切除的大鼠表現(xiàn)出明顯的骨質(zhì)疏松特征（圖2B和圖2C）。如圖2D所示，BMSCs對間充質(zhì)干細(xì)胞表面標(biāo)記物CD44、CD29、CD73和CD90的表達(dá)呈陽性，而CD34和CD45的表達(dá)水平則幾乎可以忽略不計(jì)（圖2D）。從年輕、中年和卵巢切除的中年大鼠股骨中分離出的BMSCs通過三向分化驗(yàn)證了其表型。骨質(zhì)疏松大鼠的成骨和成軟骨能力顯著降低，而成脂能力顯著增加（圖2E）。骨質(zhì)疏松大鼠的BMSCs表現(xiàn)出更多SA-β-半乳糖苷酶陽性細(xì)胞，較年輕和中年大鼠明顯增多（圖2F）。在干性方面，骨質(zhì)疏松組的BMSCs中Nanog、Sox2和Oct4的表達(dá)水平與年輕和中年組相比顯著降低（圖2G）。進(jìn)一步檢測了衰老相關(guān)因子，如P53、P21和P16，結(jié)果顯示骨質(zhì)疏松大鼠BMSCs中這些衰老相關(guān)因子顯著升高（圖2H）。此外，衰老的特征還包括持續(xù)的DNA損傷反應(yīng)，可通過檢測γ-H2AX焦點(diǎn)來識別。結(jié)果顯示骨質(zhì)疏松組中γ-H2AX陽性焦點(diǎn)增多（圖2I）。成骨潛力方面，骨質(zhì)疏松組BMSCs的成骨標(biāo)志蛋白Runx2和OPN的表達(dá)較年輕和中年組顯著降低（圖2J到圖2L）。堿性磷酸酶（ALP）染色顯示，骨質(zhì)疏松組的染色較年輕和中年組淺（圖2M），并且骨質(zhì)疏松組的鈣結(jié)節(jié)也較?。▓D2N）。

圖2. 來自骨質(zhì)疏松大鼠的BMSCs表現(xiàn)出與衰老相關(guān)的特性。(A) 微CT掃描和3D重建結(jié)果（比例尺，1 mm）；骨密度、體積及其他參數(shù)的定量分析。BV/TV，骨組織體積/總組織體積；Tb.Th，小梁厚度；Tb.N，小梁數(shù)量。(B) 不同組別的H&E染色圖像（比例尺，1 mm和125 μm）。(C) 不同組別的Masson染色圖像（比例尺，1 mm和125 μm）。(D) 流式細(xì)胞術(shù)顯示來自骨質(zhì)疏松大鼠的BMSCs陽性標(biāo)記為CD44（99.8%）、CD29（99.8%）、CD73（98.9%）和CD90（77.3%），而CD34（2.57%）和CD45（2.5%）為陰性。(E) Alizarin Red S、甲苯胺藍(lán)和Oil Red O染色分別用于檢測成骨、軟骨和脂肪分化（比例尺，100 μm）。(F) SA-β-半乳糖苷酶染色檢測衰老細(xì)胞（比例尺，100 μm）。(G) 不同組別BMSCs中Nanog、Sox2和Oct4蛋白表達(dá)的Western blot分析。(H) 不同組別BMSCs中P53、P21和P16蛋白表達(dá)的Western blot分析。(I) 不同組別BMSCs中γ-H2AX焦點(diǎn)形成的代表性免疫熒光染色（比例尺，25 μm）。DAPI，4′,6-二脒基-2-苯基吲哚。(J) 不同組別BMSCs中CD90和Runx2的代表性免疫熒光染色（比例尺，25 μm）。(K) 不同組別BMSCs中CD90和Opn的代表性免疫熒光染色（比例尺，25 μm）。(L) 不同組別BMSCs中Runx2和Opn蛋白表達(dá)的Western blot分析。(M) 不同組別BMSCs的ALP染色。(N) 不同組別BMSCs的Alizarin Red S染色。每組n=3。誤差條表示均值±SEM；ns，無顯著性；*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001

（2）合成 MSN、MSNs@CM、SA、SA-MSNs@CM 和 SA-MSNs@CM-Stiff 的特性

為改善骨質(zhì)疏松性骨缺損的修復(fù)，該研究設(shè)計(jì)了一種具備干細(xì)胞歸巢效果的仿生水凝膠。MSNs的制備包括四個(gè)步驟：合成MSNs、將GSNO吸附到中孔、提取細(xì)胞膜（CM），并將CM包裹在MSNs表面，得到MSNs@CM（圖1）。透射電子顯微鏡（TEM）顯示MSNs尺寸為197.6 nm，而MSNs@CM增至229.8 nm（圖3A和3B）。MSNs的zeta電位為-27.2 mV，而MSNs@CM為-25.85 mV（圖3C）。為延長GSNO的滯留時(shí)間，基于SA水凝膠設(shè)計(jì)了遞送系統(tǒng)，并通過多巴胺修飾提升細(xì)胞粘附能力（圖1和圖3D）。1/50比例的多巴胺結(jié)合顯著增強(qiáng)細(xì)胞粘附（圖3E和3F），X射線光電子能譜（XPS）驗(yàn)證了多巴胺接枝（圖3G）。通過調(diào)節(jié)二價(jià)陽離子的濃度制備不同力學(xué)性能的水凝膠，50 mM Ca²⁺組的彈性模量最高，為25.56 ± 1.41 kPa（圖3H和3I）。掃描電子顯微鏡觀察表明，不同組內(nèi)部結(jié)構(gòu)無顯著差異（圖3J），孔徑也無明顯不同（圖3K）。SA-MSNs@CM-Stiff水凝膠在彎曲和拉伸時(shí)展現(xiàn)出柔軟性與柔韌性（圖3L），并可制備成多種形狀，適用于個(gè)性化骨缺損治療（圖3M）。

圖3. 合成的MSNs、SA、SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff的特性。(A) MSNs和MSNs@CM的TEM圖像（比例尺，100 nm）。(B) MSNs和MSNs@CM的粒徑分布。(C) MSNs和MSNs@CM的Zeta電位分布。(D) SA中多巴胺接枝的示意圖。(E) BMSCs在水凝膠表面的細(xì)胞核分布（比例尺，40 μm）。(F) HUVECs在水凝膠表面的細(xì)胞核分布（比例尺，40 μm）。(G) SA和多巴胺-SA的XPS測量光譜。(H) 通過改變Ca²⁺摩爾濃度調(diào)節(jié)水凝膠硬度的示意圖。(I) 不同Ca²⁺摩爾濃度組水凝膠的圖像及初始彈性模量（比例尺，1 cm）。(J) 不同SA水凝膠的掃描電子顯微鏡圖像（比例尺，100 μm）。(K) 掃描電子顯微鏡圖像中的孔徑。(L) SA-MSNs@CM-Stiff在彎曲和拉伸等不同外部機(jī)械力下的圖像（比例尺，1 cm）。(M) 使用SA-MSNs@CM-Stiff制備的形狀圖像（比例尺，1 cm）。每組n=3。誤差條表示均值±SEM；*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001

（3）SA-MSNs@CM-Stiff 通過體外激活 NO/cGMP 通路促進(jìn)成骨

將BMSCs與不同水凝膠組間接共培養(yǎng)以評估生物相容性和成骨效果。結(jié)果顯示，SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組中細(xì)胞鋪展更好（圖4A），Calcein-AM/PI染色證實(shí)各水凝膠組具有良好的生物相容性（圖4B）。進(jìn)一步檢測GSNO和Ca²⁺的持續(xù)供給是否可協(xié)同促進(jìn)NO生成及下游信號傳導(dǎo)。7天共培養(yǎng)后，SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組中的P-eNOS顯著增加（圖4C），NO水平也顯著提高（圖4D）。此外，cGMP、sGC和PKG等下游信號分子在SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組中顯著增加（圖4E和4F）。在成骨方面，Western blot分析顯示SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組中Runx2和Opn顯著上調(diào)（圖4G），免疫熒光實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致（圖4H和4I）。ALP染色表明SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組的染色較SA和對照組更深（圖4J），且觀察到更大的鈣結(jié)節(jié)（圖4K）。這些結(jié)果表明，SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff能夠激活NO/cGMP通路，促進(jìn)BMSCs的成骨作用（圖4L）。

圖4. SA-MSNs@CM-Stiff通過激活NO/cGMP通路在體外促進(jìn)成骨。(A) 用水凝膠培養(yǎng)7天的BMSCs中F-actin的免疫熒光染色（比例尺，25 μm）。(B) 用水凝膠培養(yǎng)3天的BMSCs的活/死細(xì)胞檢測（比例尺，100 μm）?；罴?xì)胞呈綠色，死細(xì)胞呈紅色。(C) 用水凝膠培養(yǎng)7天的BMSCs中P-eNOS和eNOS水平的Western blot分析。(D) 用水凝膠培養(yǎng)7天的BMSCs中通過亞硝酸鹽水平表示的NO生成。(E) 用水凝膠培養(yǎng)7天的BMSCs中cGMP的表達(dá)。(F) 用水凝膠培養(yǎng)7天的BMSCs中sGC和PKG水平的Western blot分析。(G) 用水凝膠培養(yǎng)7天的BMSCs中Runx2和Opn水平的Western blot分析。(H) 用水凝膠培養(yǎng)7天的BMSCs中CD90和Runx2的代表性免疫熒光染色（比例尺，25 μm）。(I) 用水凝膠培養(yǎng)7天的BMSCs中CD90和Opn的代表性免疫熒光染色（比例尺，25 μm）。(J) 用水凝膠培養(yǎng)7天的BMSCs的ALP染色。(K) 用水凝膠培養(yǎng)7天的BMSCs的Alizarin Red S染色。(L) SA-MSNs@CM-Stiff激活NO/cGMP通路以促進(jìn)BMSC成骨的示意圖。每組n=3。誤差條表示均值±SEM；*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001

（4）SA-MSNs@CM-Stiff 通過體外激活 NO/cGMP 通路促進(jìn)遷移和血管生成

將HUVECs與不同水凝膠組間接共培養(yǎng)以評估生物相容性、遷移和血管生成能力。結(jié)果顯示，SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組中細(xì)胞鋪展更好（圖5A），Calcein-AM/PI染色顯示各水凝膠組具有良好的生物相容性（圖5B）。進(jìn)一步檢測GSNO和Ca²⁺的持續(xù)供給是否可協(xié)同促進(jìn)HUVECs中的NO生成及下游信號傳導(dǎo)。共培養(yǎng)3天后，SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組中的P-eNOS顯著增加（圖5C），NO水平也顯著提高（圖5D）。此外，cGMP、sGC和PKG等下游信號分子在SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組中顯著增加（圖5E和5F）。在遷移實(shí)驗(yàn)中，SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組中穿過Transwell小室的細(xì)胞數(shù)量顯著增加（圖5G），24小時(shí)后，HUVECs在這兩個(gè)組中通過遷移展現(xiàn)出顯著的愈合效果（圖5H）。最后，評估了不同水凝膠對血管生成的影響。Western blot分析顯示，SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組中CD31和Emcn顯著上調(diào)（圖5I），免疫熒光實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致（圖5J）。在管腔形成實(shí)驗(yàn)中，6小時(shí)后在SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組中觀察到管狀結(jié)構(gòu)（圖5K）。雞胚尿囊膜（CAM）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff組形成了更多血管（圖5L）。這些結(jié)果表明，SA-MSNs@CM和SA-MSNs@CM-Stiff促進(jìn)了HUVECs的遷移和血管生成（圖5M）。

圖5. SA-MSNs@CM-Stiff 體外通過激活 NO/cGMP 通路促進(jìn)遷移和血管生成。(A) 與水凝膠一起培養(yǎng) 3 天的 HUVEC 中的 F-actin 免疫熒光染色（比例尺，25 μm）。(B) 與水凝膠一起培養(yǎng) 3 天的 HUVEC 的活/死測定（比例尺，100 μm）?；罴?xì)胞呈綠色，死細(xì)胞呈紅色。(C) 與水凝膠一起培養(yǎng) 3 天的 HUVEC 中的 P-eNOS 和 eNOS 水平的蛋白質(zhì)印跡分析。(D) 與水凝膠一起培養(yǎng) 3 天的 HUVEC 中的 NO 生成，以亞硝酸鹽水平表示。(E) 與水凝膠一起培養(yǎng) 3 天的 HUVEC 中的 cGMP 表達(dá)。(F) 與水凝膠一起培養(yǎng) 3 天的 HUVEC 中的 sGC 和 PKG 水平的蛋白質(zhì)印跡分析。 (G)采用Transwell實(shí)驗(yàn)評估水凝膠對HUVEC遷移能力的影響。(H)采用劃痕實(shí)驗(yàn)評估水凝膠對HUVEC遷移能力的影響。(I)采用Western印跡分析水凝膠培養(yǎng)3天的HUVECs中CD31和Emcn的水平。(J)采用水凝膠培養(yǎng)3天的HUVECs中CD31和Emcn的代表性免疫熒光染色（比例尺，25μm）。(K)采用小管形成實(shí)驗(yàn)評估水凝膠對HUVEC血管生成的影響（比例尺，100μm）。(L)采用Chick CAM實(shí)驗(yàn)評估水凝膠對血管生成的影響。(M)SA-MSNs@CM-Stiff激活NO/cGMP通路促進(jìn)HUVECs血管生成示意圖。每組n=3。誤差線表示平均值±SEM； *P < 0.05，**P < 0.01，且***P < 0.001

（5）SA-MSNs@CM-Stiff 促進(jìn) BMSCs 在 3D 條件下的遷移和旁分泌功能

為更好地模擬體內(nèi)環(huán)境，BMSCs在3D條件下培養(yǎng)。Calcein-AM/PI染色顯示所有組BMSCs的存活率較高（圖6A）。在Transwell小室實(shí)驗(yàn)中，SA-MSNs@CM-Stiff組通過小室的細(xì)胞數(shù)量顯著增加（圖6B）。鬼筆環(huán)肽染色細(xì)胞骨架顯示水凝膠影響了細(xì)胞的延展?fàn)顟B(tài)，但在不同基質(zhì)硬度組之間，細(xì)胞形態(tài)無明顯差異（圖6C）。為驗(yàn)證不同水凝膠對BMSCs旁分泌因子表達(dá)的影響，結(jié)果顯示SA-MSNs@CM-Stiff組中的人類生長因子（HGF）、前列腺素E2（PEG2）、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1（SDF-1）和血管內(nèi)皮生長因子A（VEGF-A）水平顯著高于其他組（圖6D）。綜上所述，SA-MSNs@CM-Stiff促進(jìn)了BMSCs的旁分泌效應(yīng)（圖6E）。

圖6. SA-MSNs@CM-Stiff在3D條件下促進(jìn)BMSCs的遷移和旁分泌功能。(A) 在3D條件下用水凝膠培養(yǎng)3天的BMSCs的活/死細(xì)胞檢測（比例尺，200 μm）。活細(xì)胞呈綠色，死細(xì)胞呈紅色。(B) Transwell實(shí)驗(yàn)用于評估水凝膠對在3D條件下培養(yǎng)3天的BMSCs遷移能力的影響（比例尺，100 μm）。(C) 在3D條件下用水凝膠培養(yǎng)3天的BMSCs中F-actin的免疫熒光染色（比例尺，40 μm）。(D) 在3D條件下用水凝膠培養(yǎng)3天的BMSCs中HGF、PEG2、SDF-1和VEGF-A的表達(dá)。(E) SA-MSNs@CM-Stiff在3D條件下促進(jìn)BMSCs遷移和旁分泌功能的示意圖。每組n=3。誤差條表示均值±SEM；*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001

（6）SA-MSNs@CM-Stiff 通過促進(jìn) BMSCs 在 3D 條件下旁分泌來調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化

為了探究BMSCs的旁分泌效應(yīng)對巨噬細(xì)胞極化的影響，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)。使用BMSCs的條件培養(yǎng)基處理不同組的巨噬細(xì)胞，以評估其對巨噬細(xì)胞極化的影響（圖7A）。流式細(xì)胞術(shù)分析顯示，SA-MSNs@CM-Stiff組中CD86+巨噬細(xì)胞顯著減少（圖7B），而CD206+巨噬細(xì)胞的比例顯著增加（圖7C）。Western blot結(jié)果與流式細(xì)胞術(shù)一致，SA-MSNs@CM-Stiff組中CD86表達(dá)明顯降低，而CD206表達(dá)顯著增加（圖7D和圖7E）。此外，極化的巨噬細(xì)胞顯著上調(diào)了血管生成因子VEGF-A和成骨相關(guān)分子骨形成蛋白-2（BMP-2）的分泌（圖7G）。這些結(jié)果表明，BMSCs的旁分泌效應(yīng)可能在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化中發(fā)揮作用。

圖7. SA-MSNs@CM-Stiff通過在3D條件下促進(jìn)BMSCs旁分泌調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化。(A) 體外實(shí)驗(yàn)流程，用于檢測由BMSCs旁分泌調(diào)節(jié)的巨噬細(xì)胞極化（由Figdraw繪制）。BMSCs與水凝膠共同培養(yǎng)3天。去除上清液后，細(xì)胞在Dulbecco改良Eagle培養(yǎng)基（DMEM）/F12中培養(yǎng)3天，收集上清液作為THP-1條件培養(yǎng)基使用2天。BCM，BMSCs條件培養(yǎng)基。(B) 流式細(xì)胞術(shù)分析M1型巨噬細(xì)胞（F4/80/CD86+）的表達(dá)水平。(C) 流式細(xì)胞術(shù)分析M2型巨噬細(xì)胞（F4/80/CD206+）的表達(dá)水平。(D) THP-1細(xì)胞中CD68和CD86的代表性免疫熒光染色（比例尺，25 μm）。(E) THP-1細(xì)胞中CD68和CD206的代表性免疫熒光染色（比例尺，25 μm）。(F) 巨噬細(xì)胞中CD86和CD206水平的Western blot分析。(G) 巨噬細(xì)胞中VEGF-A和BMP-2的表達(dá)。每組n=3。誤差條表示均值±SEM；*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001

（7）SA-MSNs@CM-Stiff 誘導(dǎo) BMSCs 募集并促進(jìn)體內(nèi)骨整合

由于骨質(zhì)疏松患者的局部微環(huán)境復(fù)雜，成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨生成顯著低于破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收，導(dǎo)致骨折愈合速度較慢。雖然SA-MSNs@CM-Stiff在體外可促進(jìn)成骨，但其在體內(nèi)的潛在效果尚不明確。為此，采用骨質(zhì)疏松大鼠骨缺損模型評估各水凝膠在促進(jìn)骨重建方面的能力（圖8A）。盡管所有組別的大鼠均出現(xiàn)新骨生成，但在注射SA-MSNs@CM-Stiff組中最為顯著（圖8B和圖8D）。經(jīng)過8周治療，SA-MSNs@CM-Stiff組的骨礦密度增加了1.78倍，骨組織體積/總組織體積增加了2.54倍（圖8C）。此外，SA-MSNs@CM-Stiff組的骨小梁厚度和數(shù)量顯著增加（圖8C）。H&E和Masson染色也進(jìn)一步證實(shí)了SA-MSNs@CM-Stiff優(yōu)越的促骨能力（圖8E和圖8F）。為進(jìn)一步研究水凝膠在成骨-血管生成耦合中的作用，使用免疫熒光染色進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，SA-MSNs@CM-Stiff組中高度陽性的CD31和Emcn細(xì)胞數(shù)量顯著多于其他組（圖8G）。骨內(nèi)血管具有功能特化，H型血管的內(nèi)皮細(xì)胞高表達(dá)CD31和Emcn，通過作用于BMSCs實(shí)現(xiàn)血管生成和成骨的耦合。此外，對Runx2和Opn與細(xì)胞標(biāo)志物（CD90）的雙重免疫染色表明，SA-MSNs@CM-Stiff組BMSCs中Runx2和Opn表達(dá)顯著增加（圖8H和圖8I）。以上結(jié)果證實(shí)，SA-MSNs@CM-Stiff通過促進(jìn)成骨和血管生成耦合，有助于骨質(zhì)疏松性骨缺損的愈合。

圖8. SA-MSNs@CM-Stiff在體內(nèi)誘導(dǎo)BMSCs募集并促進(jìn)骨整合。(A) 水凝膠植入的示意圖。(B) 具有骨質(zhì)疏松性骨缺損的大鼠遠(yuǎn)端股骨在8周時(shí)的典型微CT圖像。(C) 骨密度、體積及其他參數(shù)的定量分析。BMD，骨礦物質(zhì)密度。(D) 3D重建結(jié)果。(E) 不同組別的H&E染色圖像（比例尺，1 mm和200 μm）。(F) 不同組別的Masson染色圖像（比例尺，1 mm和200 μm）。(G) 水凝膠植入8周后骨質(zhì)疏松大鼠股骨髁中CD31和Emcn的代表性免疫熒光染色（比例尺，20 μm）。(H) 水凝膠植入8周后骨質(zhì)疏松大鼠股骨髁中CD90和Opn的代表性免疫熒光染色（比例尺，20 μm）。(I) 水凝膠植入8周后骨質(zhì)疏松大鼠股骨髁中CD90和Runx2的代表性免疫熒光染色（比例尺，20 μm）。每組n=6。誤差條表示均值±SEM；*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001

研究小結(jié)：

該研究設(shè)計(jì)的仿生納米粒子可通過GSNO供給NO，并使用海藻酸鈉（SA）釋放Ca²⁺以促進(jìn)NO生成，從而激活NO/cGMP信號通路，進(jìn)而促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移與血管生成。與傳統(tǒng)材料不同的是，SA-MSNs@CM-Stiff還促進(jìn)BMSCs的歸巢和旁分泌效應(yīng)，進(jìn)而調(diào)控巨噬細(xì)胞的極化，促進(jìn)組織修復(fù)而非炎癥反應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)更好的靶向傳遞和持久滯留，該研究團(tuán)隊(duì)利用了CD47分子修飾抗噬作用并結(jié)合了可注射水凝膠的支架功能。SA水凝膠與多巴胺共價(jià)修飾后，表現(xiàn)出更佳的生物相容性，并通過鈣離子螯合提高了基質(zhì)剛度，從而促進(jìn)BMSCs的旁分泌功能。這種復(fù)合材料成功激活NO/cGMP信號通路，協(xié)調(diào)成骨-血管生成耦合反應(yīng)，為骨修復(fù)提供了有利的微環(huán)境。綜上所述，SA-MSNs@CM-Stiff具有良好的成骨和促血管生成效果，并通過基質(zhì)剛度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)免疫調(diào)節(jié)功能，預(yù)計(jì)將成為解決骨質(zhì)疏松性骨缺損延遲或難愈合問題的重要工具。