无机离子仿生骨膜调控免疫微环境促进骨修复

摘要

背景:介孔生物活性玻璃纳米颗粒与甲基丙烯酸明胶合成的仿生骨膜可在骨缺损局部释放钙硅磷离子,促进成骨。其中硅离子还有调控巨噬细胞极化表型的作用,因此仿生骨膜对骨缺损局部炎症微环境的影响仍需探索。目的:通过体、内外实验探讨无机离子仿生骨膜调控炎症微环境与促进骨修复之间的联系。方法:①体外实验:将介孔生物活性玻璃纳米颗粒与甲基丙烯酸明胶共混后光交联得到无机离子仿生骨膜,通过电感耦合等离子体光谱检测仿生骨膜浸泡于人体模拟体液中7 d内的Si^(4+)释放。将骨髓间充质干细胞分别接种于甲基丙烯酸明胶水凝胶与仿生骨膜复合水凝胶中,以单纯培养的细胞为对照,进行活死荧光染色与碱性磷酸酶染色。将骨巨噬细胞分别接种于甲基丙烯酸明胶水凝胶与仿生骨膜复合水凝胶中,以单纯培养的细胞为对照,进行一氧化氮合成酶(巨噬细胞M1表型)和CD206(巨噬细胞M2表型)免疫荧光染色。②体内实验:建立大鼠颅骨缺损模型,将甲基丙烯酸明胶水凝胶和仿生骨膜复合水凝胶分别植入骨缺损处,术后7 d,通过RT-PCR检测骨缺损局部巨噬细胞表型;术后8周,通过骨缺损处苏木精-伊红染色检测仿生骨膜的成骨性能。结果与结论:①体外实验:仿生骨膜24 h内释放Si^(4+)达到最大浓度,在之后6 d内缓慢释放。共培养3 d后的活死荧光染色显示,各组干细胞生长良好,有较好的细胞活性,无明显死亡。共培养7 d后的免疫荧光染色显示,仿生骨膜组巨噬细胞多为M2型,甲基丙烯酸明胶水凝胶组和对照组多为M1型。共培养7 d后的碱性磷酸酶染色显示,仿生骨膜组染色强于甲基丙烯酸明胶水凝胶组和对照组。②体内实验:RT-PCR检测结果显示,仿生骨膜组骨缺损局部巨噬细胞大多呈M2型,空白组和GelMA水凝胶组大多呈M1型。苏木精-伊红染色显示,仿生骨膜组骨缺损处新生骨多于空白组和甲基丙烯酸明胶水凝胶组。③结果表明:无机离子仿生骨膜通过Si^(4+)释放促进了炎症局部的巨噬细胞M2极化,可抑制炎症、促进成骨。