骨再生是生物醫學一個重要的研究領域，由各種原因造成的骨缺損對患者的健康帶來極大損害，因此關于骨再生的研究十分重要，本文匯總了近一個月來與骨再生相關的研究成果。
1. ACS Nano：可降解多功能抗菌生物活性納米系統用于增強腫瘤的光熱化療和骨再生
由腫瘤手術引起的腫瘤與骨缺損的同時治療仍是目前骨科臨床面臨的一大挑戰。很少有納米材料系統同時兼具多種功能，包括生物降解性、腫瘤治療和增強骨再生能力。在此，西安交通大學雷波等人設計了一種具有多功能特性的可生物降解的單分散生物活性玻璃納米顆粒(BGN)平臺，用于增強結腸癌的光熱化療和骨修復。
以貽貝為靈感建立的BGN表面組裝是一種穩定的近紅外光熱納米平臺(BGN@PDA)，可用于腫瘤的消融。BGN@PDA表現出超高抗癌藥物(DOX)的負載性能，具有按需(pH/NIR響應)藥物釋放行為和增強腫瘤化療的抗菌活性(BGN@PDA-DOX)。其在體外對結腸癌細胞(Hct116細胞)和宮頸癌細胞(HeLa細胞)的生長均有明顯的抑制作用，體內協同化療-光熱治療可實現較好的局部抗癌功效。BGN@PDA在體內60天內即逐漸降解，毒副作用可忽略不計。同時，BGN@PDA在體外能積極誘導成骨細胞成骨，對大鼠顱骨缺損具有良好的體內骨修復能力。這項工作提出了一種獨特的策略來設計一種具有生物活性的多功能納米平臺，可用于治療腫瘤疾病導致的骨組織再生。
Yumeng Xue, Wen Niu, Min Wang, et al. Engineering a Biodegradable Multifunctional Antibacterial Bioactive Nanosystem for Enhancing Tumor Photothermo-Chemotherapy and Bone Regeneration. ACS Nano, 2019.
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b06145
2. Small：雙功能單核細胞在嚴重骨髓炎治療中的殺菌抗炎作用
骨髓炎是一種由感染微生物引起的炎性骨病，可導致進行性骨質破壞和丟失。耐藥性和炎性損傷使得開發新的雙功能療法迫在眉睫?；趩魏?巨噬細胞天然的強大殺菌作用，具有程序化抗炎能力的功能性單核細胞有望用于骨髓炎的治療。有鑒于此，武漢大學口腔醫學院Yufeng Zhang等人開發了含有阿司匹林的金納米籠(GNC)修飾單核細胞，以實現有效控制骨感染治療的抗菌抗炎過程。
攜帶阿司匹林@GNC的單核細胞繼承了原始單核細胞的生物學功能，如對細菌的趨化性、分化潛能和吞噬能力。在骨髓炎治療過程中，GNC中的阿司匹林控釋具有抑制自然免疫活性和誘導成骨細胞分化的作用，有利于提高抗感染后的骨再生率和成骨細胞再生量。本研究首次以時間為導向、程序化的方式利用活的單核細胞實現抗菌和抗炎雙重作用，為今后基于這一概念的治療提供了啟示。
Miusi Shi, Peng Zhang, Qin Zhao, et al. Dual Functional Monocytes Modulate Bactericidal and Anti‐Inflammation Process for Severe Osteomyelitis Treatment, Small, 2019.
https://doi.org/10.1002/smll.201905185
3. Biomaterials：生長因子傳遞支架和26SCS修飾的雙重模塊化設計增強和協調成骨和血管生成
保持生長因子（GFs）的生物活性并模擬其體內供應模式是GFs骨移植發展中的挑戰。近日，華東理工大學育部醫用生物材料工程研究中心劉昌勝教授和中國科學院深圳先進技術研究院王國成的研究小組合作開發了一種2-N,6-O-硫酸化殼聚糖（26SCS）功能化的雙模塊支架，該支架由具有分層多孔結構（模塊I）的介孔生物活性玻璃（MBG）和原位固定在模塊I中空通道中的凝膠水凝膠柱（模塊II）組成，能夠實現成骨rhBMP-2和血管生成VEGF的分化遞送模式。
通過將rhBMP-2固定在模塊I中并將VEGF嵌入模塊II中，實現了一個由高濃度VEGF初始濃度隨時間而降低和rhBMP-2緩慢/可持續釋放組成的組合釋放曲線。系統的體外和體內研究證明，成骨和血管生成的兩個耦合過程是精心安排的，兩者都增強歸因于特定的GFs傳遞模式和26SCS修飾。26SCS不僅增強GFs的生物活性，而且降低諾金的拮抗作用。這項研究強調了區分不同GFs給藥方式的重要性，并可能為今后生長因子骨移植的設計提供參考。
Wei Tang, Yuanman Yu, Jing Wang, et al. Enhancement and orchestration of osteogenesis and angiogenesis by a dual-modular design of growth factors delivery scaffolds and 26SCS decoration. Biomaterials, 2019.
DOI: 10.1016/j.biomaterials.2019.119645
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961219307446
4. Nano Lett：表面粗糙度和基底剛度協同驅動細胞機械響應
材料表面形貌特征已被證明對植入裝置的組織再生和表面處理至關重要。許多生物材料的研究涉及到細胞對表面粗糙度的反應。然而，由于表面形貌特征和基底彈性特征之間的相互作用尚不明確，加之缺乏機理的研究，一些結論甚至相互矛盾。于此，四川大學魏強研究員和柏林自由大學Yu Leixiao等人通過具有精確的表面形態的軟光刻技術，開發了大規模表面粗糙度梯度水凝膠，即該水凝膠的表面粗糙度從納米級到微米級并具有可控制的剛度。在此基礎上，研究人員系統地研究了人骨髓間充質干細胞（MSCs）對不同粗糙度（Rq為200nm～1.2μm）和不同基質硬度的機械敏感性反應。
實驗表明，MSCs通過重組表面層次結構，以一種與剛度相關的方式響應表面粗糙度。令人驚訝的是，在表面粗糙度很高的極軟水凝膠（3.8kpa）上，細胞的機械反應和成骨性明顯增強，這與光滑堅硬基底上的效果相當甚至更好。這些發現擴展了對細胞和生物材料之間相互作用的理解，強調了一種通過協同物理線索調節干細胞命運的有效無創方法。
Yong Hou, Leixiao Yu, Wenyan Xie, Luis Cuellar Camacho, Man Zhang, Zhiqin Chu, Qiang Wei, and Rainer Haag. Surface Roughness and Substrate Stiffness Synergize To Drive Cellular Mechanoresponse. Nano Letters 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04761
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b04761
5. Biomaterials：新型干細胞球體作為骨組織工程的功能構建模塊
盡管干細胞球體作為自下而上的骨組織工程的功能構建模塊具有巨大的潛力，但生物活性信號的傳遞仍具挑戰性。在此，韓國漢陽大學Heungsoo Shin研究團隊設計了腺苷-配體修飾的纖維碎片，為骨骼創建了一個三維細胞指導性微環境。簡而言之，聚(L-乳酸)(PLLA)納米纖維片通過氨解部分降解為碎片纖維(FFs)，而腺苷通過一步聚多巴胺涂層穩定與之結合。
SEM和XPS分析表明，聚多巴胺輔助的腺苷包覆效率顯著提高，使得腺苷包被效率高，且保留率高。然后利用人脂肪干細胞(hADSCs)將工程纖維組裝成穩定的球形。球體中的腺苷能有效刺激A2bR(1.768±0.08)信號，進一步顯著誘導成骨標記物，如Runx2 (3.216±0.25)，OPN (4.136±0.14)， OCN(10.16±0.34)以及OSX(2.27±0.11)的表達，并能改善礦物質沉積(每個球體1.375±0.05μg)。相反，在工程球體內，hADSCs的成脂分化明顯受到抑制。工程球體的植強烈誘導異位皮下組織中hADSCs的成骨分化。最后，與P-FF組(27.96±11.14)及單純缺陷組(7.97±3.76%)相比，AP-FF組骨再生明顯增強(59.97±18.33%)。
綜上所述，用工程纖維浸漬的干細胞球狀體能夠實現腺苷的傳遞，有將其作為自下而上為受損骨構建再生大組織的功能模塊的潛力。
Taufiq Ahmada, Hayeon Byuna, Jinkyu Leea, et al. Stem cell spheroids incorporating ?bers coated with adenosine and polydopamine as a modular building blocks for bone tissue engineering. Biomaterials, 2019.
http://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.119652
6. Biomaterials：表面功能化TiO2納米管以增強骨髓間充質干細胞的成骨分化
為了增強骨內鈦(Ti)移植物的臨床性能，研究人員在最近開發了大量的微納米表面結構以對其進行改善。第四軍醫大學陳麗華教授團隊采用陽極氧化法制備了簇狀TiO2納米管結構，并利用血小板衍生生長因子- BB對其進行功能化修飾。由此產生的三維空間仿生結構NTPCP對宿主細胞的細胞毒性很低，且具有很好的生物活性，并可以顯著增強人骨髓間充質干細胞(bMSCs)的附著和成骨的相關功能。
體內實驗表明，NTPCP可以使得大鼠模型的骨鈣素(OCN)表達顯著升高，并且植入體周圍的骨形成也有明顯增強。
Qianli Ma, Nan Jiang, Shuang Liang, Lihua Chen. et al. Functionalization of a clustered TiO2 nanotubular surface with platelet derived growth factor-BB covalent modification enhances osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells. Biomaterials. 2019
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961219307495
