BMSCs亲和肽功能化透明质酸/聚多巴胺纳米纤维支架的构建及其通过调控Mg2+释放促进骨再生的机制研究

为解决骨缺损修复中干细胞募集不足和成骨分化效率低的问题，研究人员开发了一种新型BMSCs（骨髓间充质干细胞）亲和肽（AP）功能化的透明质酸（HA）/聚多巴胺（PD）纳米纤维支架（NFS）。该支架通过控制镁离子（Mg2+）释放并激活ERK/Akt通路，显著促进BMSCs的成骨分化和骨再生。动物实验证实其可加速骨缺损愈合，为骨组织工程提供了创新策略。

　　

骨缺损修复一直是临床面临的重大挑战，传统骨移植技术存在供体有限和免疫排斥等问题。尽管纳米纤维支架因其仿生细胞外基质特性成为研究热点，但如何精准调控干细胞行为并促进成骨分化仍是难题。镁离子（Mg²⁺）虽能促进骨再生，但其释放动力学难以控制；同时，骨髓间充质干细胞（BMSCs）的定向募集和分化效率不足制约了治疗效果。

吉林大学的研究团队在《Journal of Biological Engineering》发表了一项突破性研究。他们通过电纺技术构建了透明质酸（HA）和聚多巴胺（PD）的复合纳米纤维支架（HA/PDNFS），并进一步功能化BMSCs亲和肽（AP），开发出HA/PDNFS@BMSCs-AP支架。该支架不仅具有优异的亲水性和机械性能，还能通过AP激活ERK（细胞外信号调节激酶）和Akt（磷脂酰肌醇3-激酶）通路，协同Mg²⁺的缓释作用，显著提升BMSCs的成骨分化能力。动物实验显示，该支架使大鼠颅骨缺损的修复效率提高50%以上。

关键技术方法

1. 电纺技术制备HA/PD复合纳米纤维支架；
2. 多巴胺氧化自聚合法固定BMSCs亲和肽；
3. MgCl₂-PF127-CHO胶束负载实现Mg²⁺控释；
4. 通过SEM、FTIR和XPS表征材料理化性质；
5. 大鼠颅骨缺损模型评估骨再生效果（n=12）。

研究结果

1. 支架表征：SEM显示纤维直径100-300 nm，XPS证实PD成功修饰；FTIR验证化学交联（图1）。水接触角测试表明HA/PDNFS@BMSCs-AP亲水性最佳（图1G）。
2. 细胞行为：活死染色显示支架组细胞存活率>95%（图6A）；划痕实验证明AP组迁移速度提高2倍（图9D）。
3. 成骨分化：ALP活性在21天达峰值（图4E），RT-PCR显示Runx2和OCN（骨钙素）表达上调5倍（图4A-D）。
4. 动物实验：Micro-CT显示12周时缺损区域再生率达62.47%（图10B），Masson染色可见成熟骨小梁形成。

结论与意义
该研究创新性地将仿生材料设计与生物活性分子调控相结合：PD提供粘附位点并增强机械强度，HA模拟天然细胞外基质，而AP通过ERK/Akt通路定向募集BMSCs。Mg²⁺的缓释进一步激活成骨相关基因表达，形成正向反馈循环。这种多机制协同策略突破了单一材料或生长因子应用的局限性，为复杂骨缺损的临床修复提供了新思路。未来研究可探索该支架在骨质疏松或感染性骨缺损等病理条件下的适应性优化。