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为解决大骨缺损治疗中血管生成和细胞招募的协同激活难题，研究人员开展了新型复合支架促进骨愈合的研究。结果显示，SDF - 1 交联且血管化的拼图式组装支架能有效促进骨再生。该研究为骨组织工程提供了新策略。
在骨骼修复领域，大骨缺损的治疗一直是个棘手的难题。目前，组织工程治疗大骨缺损面临的主要挑战是如何维持骨再生所需的可控血管生成和血管发生激活。传统的血管化策略，如体外血管化，存在细胞类型平衡难以控制、大支架植入时难以诱导均匀骨组织形成等问题；基于干细胞的治疗策略也面临干细胞存活率低、遗传不稳定和分化异常等挑战。为了解决这些问题，研究人员开展了一项意义重大的研究。国外的研究人员设计了一种新颖的模块化组装策略，旨在开发一种功能改进的支架，通过协同激活血管化和细胞招募来增强大骨缺损的愈合。该研究成果发表在《BIOMATERIALS RESEARCH》上，为骨组织工程领域带来了新的思路和希望。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是材料制备技术，包括制备丝素蛋白（SF）溶液和构树（BK）粉末，并将其制成不同形状的 SF 和 SFBK 支架；其次是表征分析技术，利用 X 射线衍射（XRD）、X 射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）等对支架的成分、结构等进行分析；最后是动物实验技术，构建大鼠颅骨缺损模型，植入不同处理的支架，通过微计算机断层扫描（μCT）和组织学分析评估骨再生效果 。
下面来看具体的研究结果：
- 新型策略促进骨再生的机制：研究设计了一种通过拼图式组装生物工程化和血管化的 SFBK 支架来再生大骨缺损的策略。其机制可能是通过将促血管生成和趋化性生物分子（如 Ang1 和 SDF - 1）应用于释放钙离子的支架，并通过拼图式组装实现它们的协同作用，促进血管生成、血管发生、胶原蛋白合成和骨生成，进而促进骨再生。
- 钙离子对支架结构的影响机制：BK 衍生的钙离子会影响 SFBK 支架的二级结构。钙离子与丝链螯合形成交联网络，通过 XRD 和 XPS 分析得以证实。同时，钙离子会阻止丝绸结晶，且在 SFBK 支架中呈均匀分布。从生物学功能角度看，钙离子能促进间充质干细胞的成骨分化和迁移。
- 支架的设计、性能及释放模式：研究设计了带有不同孔径的环形和圆形 SFBK 支架，用于体内血管化和与 SDF - 1 交联。在力学性能方面，湿态下支架应变更高，拼图式组装的 1.5mm 圆形 SFBK 支架强度较高。降解测试表明，支架在体内可长期维持并缓慢降解。此外，SFBK 支架能持续释放钙离子，SFBK - S1 支架可释放 SDF - 1，且 SDF - 1 释放速度比钙离子快。
- 环形 SFBK 支架的体内血管化策略：研究分析了环形 SFBK 支架在 HUVEC 培养和 / 或 Ang1 固定化后的体内血管生成能力。结果显示，Ang1 负载的 SFBK 支架能刺激细胞表达更高水平的血管生成因子。通过将环形 SFBK 支架植入大鼠模型，成功制备了 VR - SFBK 支架，且 HUVEC 培养、Ang1 交联或两者共同处理均可促进支架内血管生成 。
- 拼图式组装支架对干细胞招募和骨诱导性能的影响：将 SDF - 1 交联的支架组装到 VR - SFBK 支架中心的策略，可刺激间充质多能干细胞向支架中心募集，加速骨再生。与 SF 支架相比，SFBK 支架能促进 hMSCs 中骨特异性标记物的表达和细胞增殖，且 SDF - 1 交联更能诱导多能干细胞迁移 。
- 拼图式 SFBK 支架的体内骨修复性能：利用大鼠颅骨缺损模型，研究发现所有植入拼图式 SFBK 支架的组均比假手术组有更多新骨形成，其中 VR - SFBK/SFBK - S1 组新骨形成最多。H&E 染色和免疫组化结果表明，SDF - 1 交联或体内血管化可加速 SFBK 支架的骨愈合效果，两者结合效果更显著 。
- 新形成骨的生物学特性与血管化、SDF - 1 交联的关系：Masson 三色染色显示，体内血管化对胶原蛋白合成更为重要，有助于新骨形成和成熟。免疫组化染色结果表明，OCN 表达与新骨形成相关，且植入支架可抑制 TNF - α 表达，SDF - 1 可通过抑制炎症和招募多能干细胞促进骨愈合 。
研究结论和讨论部分指出，本研究提出的将圆形 SFBK 支架嵌入 VR - SFBK 支架中心的模块化组装策略，可通过体内血管化和干细胞招募促进骨再生。SDF - 1 交联的支架能通过新形成的血管招募多能干细胞，诱导抗炎反应和新骨平衡再生。BK 释放的钙离子也参与了骨再生过程。然而，该研究存在一些局限性，如体内血管化和植入手术操作复杂，支架修复大骨缺损的效果有待提高。未来需要开发更有效的策略，避免复杂手术操作，提高大骨缺损的愈合效果，以推动 SFBK 基支架在临床中的应用 。总之，这项研究为骨组织工程提供了新的方向，对解决大骨缺损治疗难题具有重要意义，有望为未来的临床治疗带来新的突破 。
