组织工程化骨膜介导的同种异体骨移植长期愈合受纤维化持续和移植物重塑受限的影响

推荐：本研究针对同种异体骨移植（allograft）因缺乏骨膜导致的高失败率问题，开发了酶降解性聚乙二醇（PEG）水凝胶组织工程化骨膜（TEP），通过包裹小鼠间充质干细胞（mMSCs）和骨祖细胞（OPs）促进早期血管化和骨痂形成。结果表明，TEP在短期（9周内）显著改善愈合，但长期（12个月）仍存在纤维化持续和移植物重塑不足的问题，为优化骨移植策略提供了关键依据。

　　

骨缺损修复是临床面临的重大挑战，同种异体骨移植（allograft）因缺乏天然骨膜（periosteum）而存在高达60%的10年失败率。尽管组织工程化骨膜（Tissue Engineered Periosteum, TEP）通过模拟骨膜的生物学功能在短期研究中展现出潜力，但其长期疗效和移植物整合机制尚不明确。美国罗切斯特大学（University of Rochester）生物医学工程系的研究团队在《Bone Reports》发表的最新研究，首次系统评估了TEP修饰的同种异体骨在长达12个月的愈合过程中的动态变化。

研究人员采用酶降解性聚乙二醇（PEG）水凝胶包裹小鼠间充质干细胞（mMSCs）和骨祖细胞（OPs）构建TEP，通过小鼠股骨缺损模型，结合微计算机断层扫描（microCT）、组织形态计量学、TRAP（抗酒石酸酸性磷酸酶）染色和扭转生物力学测试等多维度分析手段，系统比较了TEP修饰移植物、未修饰移植物和自体移植物（autograft）的愈合差异。

3.1 TEP短期疗效显著但长期改善有限

microCT显示TEP组在3-6周时血管体积（0.13±0.07 mm³）和骨痂体积（5.9±1.4 mm³）显著高于未修饰组，但4个月后差异消失。组织学证实TEP组早期软骨面积（1.4±0.39 mm²）是未修饰组的2.5倍，但6个月时两组纤维化程度趋同。

3.2 移植物重塑障碍是核心问题

TRAP染色显示自体移植组3周时破骨细胞活性（0.76±0.10 mm²）显著高于同种异体移植组（0.11±0.07 mm²），且TEP修饰未能显著提升破骨细胞活性。12个月时仍可观察到未吸收的移植物碎片，印证了"爬行替代"（creeping substitution）机制的效率不足。

3.3 慢性炎症持续存在

免疫组化显示F4/80⁺巨噬细胞在TEP组6个月时占比达5.3±1.4%，显著高于未修饰组（2.7±0.5%），提示长期炎症微环境可能抑制骨整合。

3.4 生物力学恢复不完全

虽然TEP组4个月时最大扭矩比（1.05±0.30）接近自体移植，但扭转刚度始终低于自体组，且扭矩-旋转曲线缺乏典型断裂点，表明移植物-宿主界面存在软组织依赖的假性稳定。

这项研究首次揭示：TEP通过提供短期（<9周）的细胞和信号支持改善早期愈合，但无法解决同种异体骨基质密度高导致的长期（>4个月）血管退缩和重塑障碍。这一发现为下一代TEP设计指明方向——需结合双模式降解水凝胶、促破骨细胞因子（如RANKL）递送和免疫调节策略，才能实现真正的骨移植功能重建。该成果对临床骨缺损治疗具有重要指导价值，特别是对肿瘤切除和大创伤导致的临界尺寸骨缺损修复策略优化提供了关键实验依据。