文献信息

福建省口腔疾病重点实验室&福建大学口腔医学重点实验室、福建医科大学口腔医学院口腔医院口腔种植科，福建医科大学口腔颌面种植研究中心团队的研究成果“Progranulin-loaded silk fibroin/chitosan scaffold with polydopamine modification promotes bone regeneration via PI3K/Akt pathway activation”（聚多巴胺修饰的前颗粒蛋白负载丝素/壳聚糖支架通过激活PI3K/Akt通路促进骨再生）在学术期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（IF：8.7）上发表。平生公司的离活一体CT（NEMO）在论文中提供了重要的大鼠颅骨缺损模型图像和定量分析结果。

该论文的通讯作者为吴东教授，第一作者为宁文灿老师。

文献摘要

现有的骨组织工程支架材料生物相容性差，成骨活性低，骨缺损修复仍是临床上的一大难题。本研究将丝素/壳聚糖（SF/CS）的机械稳定性、聚多巴胺（PDA）介导的表面改性和颗粒前体蛋白（PGRN）的缓释结合起来，开发了一种多功能的骨组织工程支架材料。这种协同设计整合了结构支持、显著增强表面生物活性和长期生化刺激。体外实验表明，SF/CS-PDA@PGRN支架能改善rBMSC的粘附、增殖和成骨分化。转录组学分析和途径抑制表明，其骨诱导作用至少部分是通过激活PI3K/Akt途径介导的。体内实验表明，在大鼠颅骨缺损模型中的植入证实了稳健的新骨形成和重塑。总的来说，这些结果突出了支架的多功能设计-机械完整性，生物表面活性和控制释放，同时也证明了分子调节和动物水平骨再生之间的明确机制联系。这些发现强调了SF/CS-PDA@PGRN支架作为骨组织工程的创新策略的转化潜力。

实验方法

支架材料的体内骨再生实验

购买共48只雄性SD大鼠（4周龄）。将大鼠随机分为对照组、SF/CS组、SF/CSPDA组和SF/CS-PDA@PGRN组（n = 6）。腹腔注射戊巴比妥钠麻醉大鼠后，在头皮中线切开。在顶骨中线处钻出直径5 mm的全层颅骨缺损，在无菌条件下，用环钻以800转/分的转速在大鼠前筋膜后2 mm和矢状缝外侧1 mm处植入支架，并持续灌注无菌盐水以防止过热。所有操作均在无菌条件下进行，缝合伤口，碘伏消毒，未植入支架的大鼠作为对照组。

Micro-CT分析

术后5周和10周处死大鼠，取主要脏器评价支架植入的生物安全性，取颅骨，4%多聚甲醛固定。使用 Micro-CT（NEMO，NMC-200，平生医疗科技有限公司）扫描颅骨以观察和定量分析缺损部位骨再生，扫描参数如下：管电压= 90 kV，管电流= 0.04 mA，并使用CT分析软件（Avatar 3，平生医疗科技有限公司）计算定量参数，包括骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）、骨密度（BMD）和骨小梁数量（Tb.N）等。

实验结果

SF/CS-PDA@PGRN复合支架在体修复大鼠颅骨缺损

显微CT成像（图5 B）证实，在5周和10周时，SF/CSPDA@PGRN组与其他组相比表现出显著更大的新骨形成。关键成骨参数包括骨体积/组织体积（BV/TV）、骨矿物质密度（BMD）、骨小梁厚度（Tb. Th）（图S4 A）和骨小梁数量（Tb.N）在SF/CS-PDA@PGRN组中，均显著高于对照组、SF/CS-PDA@PGRN组和对照组、SF/CS,SF/CS-PDA组（图5C）（p＜0.05）。

这些结果与体外实验结果一致，证实了SF/CS-PDA@PGRN支架在复杂的生理环境中有效促进新骨形成，值得注意的是，在10周时，SF/CS-PDA@PGRN组显示出更致密、更紧密的成熟骨小梁结构，表明该支架具有为骨再生提供长期支持的能力。

图5. 在大鼠颅骨缺损模型中使用不同支架的骨再生的体内评价。（B）每组术后5周和10周时颅骨缺损的代表性3D重建和二值化显微CT图像（对照、SF/CS、SF/CSPDA、SF/CS-PDA@PGRN）。（C-D）每个治疗组在5周和10周时BV/TV和BMD的定量评估（n = 3）。

使用结论

本研究成功地构建了一种聚多巴胺（PDA）修饰的丝素蛋白（SF）/壳聚糖（CS）复合支架，并对其骨缺损再生的潜能进行了系统的评价。体外实验结果表明SF/CS-PDA@PGRN支架具有良好的力学性能和良好的生物相容性，促进rBMSC粘附、增殖和成骨基因表达。在大鼠颅骨缺损模型中，支架促进骨再生，并在10周时与对照组相比具有更大的骨体积分数。在机制上，这些数据表明PGRN可能部分通过激活PI 3 K/Akt信号通路而促进骨生成，尽管还可能涉及其它机制。总的来说，PGRN负载PDA修饰的SF/CS支架显示出作为骨缺损修复的多功能平台的前景，并可能为骨缺损的临床管理提供新的策略。

使用设备

                                  Micro CT (型号：NEMO) (平生医疗科技)

                                       影像软件：Avatar（平生医疗科技）