3D打印Janus異質微球精準控釋實現全周期調控骨再生(2)
時間：2024-08-27 08:43 來源： EngineeringForLife 作者：admin 閱讀：次
3.Janus異質微球實現精準免疫調控
各組Janus異質微球與巨噬細胞RAW264.7共培養后，早期高濃度鈣離子的釋放（Fast組）將驅使巨噬細胞向M1表型極化，而低濃度緩慢釋放CPO（Delayed組和Sequence組）則能促進M2型巨噬細胞分化（圖3 A-F），抑制促炎因子TNF-a，并促進抗炎因子IL-10的分泌（圖3 G）。RNA-seq結果進一步提示，該免疫調控過程可能通過激活JAK-STAT信號通路，優化了骨免疫微環境，加速了血管化及礦化過程（圖3 H-L）。
圖3 Janus異質微球的免疫調控能力
4.Janus異質微球靶向調控骨再生序列事件
各組Janus異質微球與骨髓間充質干細胞BMSC共培養后，各組細胞增殖及活性良好（圖4 A、B），負載雙因子的Janus異質微球的成骨活性顯著高于無因子負載的純GelMA組（Control組），特別地，Fast組和Sequence組表現出最為優異的成骨潛能（圖4 C-I），這可能與初期相對高濃度釋放BMP-2有關，同時，持續緩慢的CPO釋放也為晚期礦化過程提供了充足的鈣磷原料。RNA-seq結果進一步提示，Sequence組能上調愈合過程中早期、中期及晚期成骨相關基因（圖4 J），激活骨再生序列事件中的多個生物學行為及信號通路（圖4 K、L），實現對骨修復過程的全周期調控。
圖4 Janus異質微球的成骨性能
5.Janus異質微球通過優化體內骨免疫微環境實現高效骨再生
為進一步評估Janus異質微球的體內免疫調控及促骨再生行為，研究人員首先將各組微球植入至大鼠皮下，術后3、7天后，進行巨噬細胞免疫熒光染色，結果顯示，所有組別中均存在不同程度的巨噬細胞（F4/80+）包裹，與體外結果一致的是，早期低濃度釋放CPO的Delayed組和Sequence組，具有較高比例的F4/80+CD206+細胞，而Fast組中微球周圍則出現大量的F4/80+CD86+細胞，這意味著Janus異質微球的不同控釋行為能精準調控體內免疫微環境，持續低濃度鈣離子的釋放有助于創造利于成骨的抗炎微環境（圖5）。將各組微球植入至大鼠顱骨缺損后，Sequence組實現了最高效的骨愈合，術后8周后在微球間觀察到大量的新生骨，較其他組別更為成熟，且有完整的骨橋連接，這一現象得益于BMP-2在微球控釋系統的高效按需釋放，及CPO的持續性釋放，既有利于早期免疫調控，也為晚期的骨基質礦化成熟提供了有利條件。
圖5 Janus異質微球的體內免疫調控能力
圖6 Janus異質微球的體內成骨能力的影像學評估
圖7 Janus異質微球的體內成骨能力的組織學評估
綜上，該項工作基于Bottom up骨修復理念，通過采用性能高度可調的GelMA水凝膠，實現對雙重活性成分的靈活控釋，靶向骨再生序列階段，完成高效骨修復。該策略充分挖掘了GelMA水凝膠固有的理化性能，實現對復雜生物學過程的精準調控，過程中無更多化學成分的添加，為通用性綠色載藥控釋平臺的構建提供了新思路，也為臨床轉化提供了優良的前提條件。
文章來源：
https://doi.org/10.1002/smll.202403835
(責任編輯：admin)
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