GelMA水凝胶封装细胞外囊泡递送VEGFA mRNA促进血管化骨再生的协同策略

为解决骨缺损修复中传统移植物局限性及mRNA递送效率低的问题，研究人员开发了基于GelMA水凝胶封装细胞外囊泡(EVs)的VEGFA mRNA递送系统。该研究通过电穿孔技术实现mRNA高效装载，结合水凝胶的缓释特性，显著增强成骨细胞迁移分化并促进H型血管形成。动物实验证实该系统使骨体积分数(BV/TV)提升2.3倍，为复杂骨缺损修复提供了新型细胞-free治疗策略。

　　

骨组织再生一直是临床面临的重大挑战。传统自体移植存在供体有限、二次创伤等问题，而合成材料又面临免疫排斥和生物相容性差的困境。mRNA疗法虽具潜力，但面临体内不稳定、靶向性差和缺乏控释手段三大瓶颈。针对这些难题，北京积水潭医院（首都医科大学附属）的研究团队在《Materials Today Bio》发表创新成果，开发出细胞外囊泡(EVs)与甲基丙烯酰化明胶(GelMA)水凝胶的复合递送系统，通过双重保护机制实现VEGFA mRNA的高效递送，显著促进血管化骨再生。

研究采用电穿孔技术将VEGFA mRNA装载至人真皮成纤维细胞来源EVs，通过纳米颗粒追踪(NTA)和透射电镜(TEM)验证载体完整性；构建4%和10%浓度GelMA水凝胶，通过流变学测试和扫描电镜(SEM)表征其机械性能与微观结构；采用大鼠颅骨缺损模型，通过micro-CT、免疫组化等技术评估骨再生效果。

3.1. VEGFA mRNA在EVs中的制备与递送
电穿孔成功将VEGFA mRNA装载至EVs，负载量较对照组提高35倍。Western blot显示处理组MC3T3细胞VEGFA蛋白表达显著增强，荧光显微镜证实GFP标记蛋白有效翻译。

3.2. EVs负载GelMA水凝胶的表征
SEM显示水凝胶保持多孔结构(孔径100-200μm)，10% GelMA组15天累计释放率达78%。流变测试证实EVs负载不影响水凝胶的牛顿流体特性(G'≈1200Pa)。

3.3. 细胞迁移增强效应
划痕实验显示VEGFA-EVs-GelMA组迁移率提升22.2%，CCK-8检测显示72小时增殖活性提高1.8倍。

3.4. 成骨分化促进
RT-qPCR检测显示ALP、RUNX2表达量分别上调4.3倍和3.7倍；免疫荧光显示OPN阳性区域增加5.2倍，ALP染色面积扩大3.8倍。

3.5. YAP/TAZ信号激活
Western blot证实p-YAP/p-TAZ磷酸化水平显著升高，揭示VEGFA通过Hippo通路协调成骨-血管化偶联。

3.6-3.7. 体内骨再生验证
Micro-CT显示8周时BV/TV达41.7%，较对照组提高2.3倍；免疫组化显示CD31⁺血管密度增加3.1倍，COL1A1沉积量提升4.8倍。

该研究创新性地将EVs的靶向递送优势与GelMA的空间控释特性相结合，突破mRNA疗法的递送屏障。通过激活YAP/TAZ信号轴，实现成骨与血管化的时空协同调控。相比传统方法，该系统具有三大优势：① 避免病毒载体免疫原性；② 实现长达3周的缓释；③ 促成特殊H型血管生成。研究为个性化骨修复提供新范式，其模块化设计可扩展至其他生长因子递送，具有重要转化价值。