髓核间充质干细胞来源细胞外囊泡联合水凝胶促进骨缺损修复的机制研究

【编辑推荐】针对大段骨缺损难以自愈的临床难题，解放军医学院团队创新性采用髓核间充质干细胞来源小细胞外囊泡(hNPSCs-EVs)联合甲基丙烯酰化明胶(GelMA)水凝胶，通过激活ERK1/2信号通路显著增强骨髓间充质干细胞(BMSCs)的成骨能力，动物实验证实该复合体系可有效促进骨再生，为骨缺损治疗提供新策略。

　　

骨缺损修复一直是临床面临的重大挑战，特别是大段骨缺损往往无法通过自体修复机制完成再生，传统手术干预存在供区并发症和免疫排斥等风险。近年来，细胞外囊泡(EVs)因其天然的信号传递功能和低免疫原性，成为组织工程领域的研究热点。与此同时，甲基丙烯酰化明胶(GelMA)水凝胶因其可调节的机械性能和生物相容性，被广泛用于构建骨再生支架。然而，如何通过生物活性因子与水凝胶的协同作用实现高效骨再生，仍是亟待解决的科学问题。

解放军医学院（原中国人民解放军总医院医学院）的研究团队创新性地将人髓核间充质干细胞(hNPSCs)来源的小细胞外囊泡(hNPSCs-EVs)与GelMA水凝胶结合，系统探究了该复合体系促进骨再生的分子机制。相关成果发表在《Reactive and Functional Polymers》期刊，为骨缺损治疗提供了新的思路和技术路径。

研究采用超速离心法提取hNPSCs-EVs，通过透射电镜、纳米颗粒追踪分析和Western blot进行表征。建立大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)的体外模型，采用CCK-8、Transwell和成管实验评估增殖、迁移和血管生成能力。通过碱性磷酸酶染色、茜素红染色及qPCR检测成骨分化标志物。体内实验采用大鼠颅骨缺损模型，通过micro-CT和组织学分析评估hNPSCs-EVs/GelMA的骨再生效果。关键信号通路研究采用Western blot检测ERK1/2磷酸化水平。

hNPSCs-EVs促进BMSCs生物学功能

体外实验显示，hNPSCs-EVs可显著提升BMSCs的增殖活力（CCK-8检测增殖率提高2.1倍），迁移能力（Transwell显示迁移细胞数增加178%）和血管形成（成管实验显示分支点数提升2.4倍）。qPCR证实hNPSCs-EVs上调了Runx2、ALP和OCN等成骨相关基因表达。

ERK1/2信号通路的关键作用

机制研究发现hNPSCs-EVs能特异性激活MAPK通路中的ERK1/2信号，使用抑制剂U0126阻断ERK1/2磷酸化后，成骨分化效应被显著抑制（ALP活性下降62%），证实该通路是hNPSCs-EVs发挥作用的核心分子开关。

hNPSCs-EVs/GelMA的体内修复效果

动物实验显示，负载hNPSCs-EVs的GelMA水凝胶植入8周后，缺损区新生骨体积较空白组增加3.7倍，微CT显示骨矿物密度提升214%，组织切片可见大量成熟骨小梁结构，血管密度提高3.2倍。

这项研究首次揭示了hNPSCs-EVs通过ERK1/2通路调控骨再生的分子机制，开发的hNPSCs-EVs/GelMA复合系统兼具生物活性因子控释和支架支撑功能。其重要意义在于：① 为临床骨缺损提供了无细胞治疗新方案，避免干细胞治疗的安全隐患；② 阐明髓核来源EVs的跨界调控作用，拓展了椎间盘组织工程的研究维度；③ GelMA水凝胶的缓释特性解决了EVs半衰期短的技术瓶颈。该成果为复杂骨缺损的再生医学治疗提供了理论依据和技术储备，具有重要的转化医学价值。