摘要：45S5陶瓷作为一种经典的生物活性材料，因其优异的骨结合能力广泛应用于骨再生领域，但其对血管生成的促进作用有限，制约了骨修复的效率。近日，空军军医大学王金武教授和西安交通大学席永明教授带领团队在《Composites Part B: Engineering》发
45S5陶瓷作为一种经典的生物活性材料，因其优异的骨结合能力广泛应用于骨再生领域，但其对血管生成的促进作用有限，制约了骨修复的效率。近日，空军军医大学王金武教授和西安交通大学席永明教授带领团队在《Composites Part B: Engineering》发表了题为《Exosomes endow photocurable 3D printing 45S5 ceramic scaffolds to enhance angiogenesis-osteogenesis coupling for accelerated bone regeneration》的研究，他们通过将外泌体（Exosomes）与光固化陶瓷3D打印技术相结合，制备了功能化45S5生物活性玻璃陶瓷支架，以改善骨组织修复过程中血管生成和成骨耦合的效率。
原文链接： https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2423840
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研究内容
45S5陶瓷凭借出色的骨结合能力在骨再生领域得到了广泛应用。然而因为促进血管生成作用有限，骨修复效率难以提升。
本研究利用光固化3D打印技术制备45S5陶瓷支架，并将外泌体负载到支架表面。引入外泌体后，支架显著提升了诱导血管生成和骨再生的能力。血管生成-成骨耦合效应外泌体可通过调控骨细胞和内皮细胞的交互，促进血管生成-成骨协同作用，从而加速骨修复。体外和体内实验均证明，该支架在促进新生血管形成和骨组织生成方面表现出显著的增效作用。
以下是文章的研究方法及数据：
△图1，内皮祖细胞来源的外泌体赋能光固化3D打印45S5陶瓷支架，以增强血管生成-成骨耦合，从而加速骨再生。
△图2， (A) 光固化45S5前驱体PG的改性和合成。(B) PG的光交联特性。(C) BG、未交联PG和交联PG的傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析。(D–E) PG和PG/TCP凝胶的光敏流变学结果。(F) 光固化3D打印PT支架。(G) PG和PT支架的优异打印性。(H) PG、PT和PT/G的扫描电子显微镜（SEM）图像。(I) PG和PT的X射线衍射（XRD）图像。(J) PG、PT和PT/G支架的应力-应变曲线。(K) PG、PT和PT/G支架的极限压缩强度。(L) PG、PT和PT/G支架的压缩模量。(M) PG、PT和PT/G支架的降解曲线。
△图3，(A) 外泌体提取过程示意图。(B–D) 通过透射电子显微镜（TEM）、纳米颗粒跟踪分析（NTA）以及Alix、Flot1和CD81的Western blot分析对EPC-exos进行表征。(E–F) 通过荧光观察BMSCs和HUVECs对EPC-exos的内吞作用（红色：EPC-exos，绿色：细胞骨架，蓝色：细胞核）。(G) 使用CCK-8实验评估BMSCs在1、3和5天的细胞活性。(H) 通过RT-qPCR检测BMSCs中成骨基因的mRNA表达水平（*p
△图4， (A) 使用CCK-8实验评估各组BMSCs的细胞活性。（*p
图 5. (A–B) HUVECs的划痕愈合实验及定量分析。(C–D) CD31的共聚焦免疫荧光图像及定量分析。(E–H) 血管生成相关基因的mRNA表达水平（*p
△图6，(A) 骨缺损修复的三维微计算机断层扫描（3D micro-CT）图像，分别在6周和12周时拍摄。(B–E) 对植入体内后的再生修复效果进行定量分析。
△图7，(A) 每个植入样本的苏木精-伊红（H&E）染色。(B) 每个植入样本的马松（Masson）染色。(C) 组织成骨标志物OCN的免疫荧光图像（体内）。(D) 组织CD31免疫荧光图像（体内）。(E–F) 使用Image J软件对CD31和OCN表达阳性区域进行定量分析（**p
△图8， (A) 差异表达miRNA（DE miRNAs）的热图。红色表示相对基因表达水平高，蓝色表示相对基因表达水平低。每一列代表一个样本，每一行代表一个显著的miRNA。(B) 通过京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析，对DE miRNAs的靶基因进行通路分析。(C) 基因本体（GO）分析包括功能通路、生物过程和细胞组分。(D) 通过RT-qPCR检测与MAPK通路相关的基因的相对表达水平（体外）。(E–K) 通过Western blot分析BMSCs中JNK、磷酸化JNK（P-JNK）、ERK1/2、磷酸化ERK1/2（P-ERK1/2）、P38和磷酸化P38（P-P38）蛋白的表达（*p
结论
本研究通过双键功能化修饰了45S5前驱体材料，并采用光固化3D打印方法制造了符合临床需求的PT支架。此外，教授团队将封装在GelMA中的EPC-exos锚定在PT支架上，制备了一种功能化的PT/G@Exos复合支架，旨在通过增强骨微环境中的血管生成-成骨耦合来促进骨再生。
研究结果表明，PT/G@Exos能够实现缓慢的外泌体释放，并且与支架降解过程中释放的Ca、Si和P元素协同作用，调节血管化骨再生微环境，增强生物活性支架的血管化骨再生能力，确认了EPC-exos通过P38/MAPK通路促进骨再生的机制。
来源：奇遇科技ADTE
