近红外光激活血管生成蛋白纳米胶束时序调控促进牙周骨缺损修复的研究

针对骨质疏松合并牙周缺损中血管化与成骨时序调控难题，研究人员开发了近红外光（NIR）激活的血管弹性蛋白样多肽（VELP）纳米胶束（NMs），通过808 nm激光触发释放BMP-2（5小时内释放80%），实现VEGF-mimetic肽促血管与BMP-2时序成骨的双重功能，在3D微孔支架中显著增强骨再生。该智能递送系统为组织工程提供远程可控治疗新策略。

　　

研究背景
牙周疾病与骨质疏松的共病现象给临床治疗带来巨大挑战。天然骨骼高度血管化的特性提示，有效的骨再生需要先建立血管网络再促进成骨。然而现有生长因子递送系统存在两大瓶颈：一是无法精确控制血管内皮生长因子（VEGF）与骨形态发生蛋白-2（BMP-2）的时序释放；二是预编程的释放动力学难以适应个体化需求。尤其对于骨质疏松患者，骨代谢异常进一步加剧了牙周缺损修复难度。

为解决这一难题，韩国健康产业开发院（KHIDI）资助的研究团队在《Dental Materials》发表创新成果，开发出近红外光（NIR）激活的血管弹性蛋白样多肽（VELP）纳米胶束（NMs）。该系统通过808 nm激光（1.5 W/cm²
，10分钟）触发BMP-2的按需释放，在5小时内实现80%的释放效率，同时利用VELP的VEGF-mimetic肽段促进早期血管化，最终在3D微孔支架中实现优质骨再生。

关键技术方法
研究采用基因工程构建含VEGF模拟肽的VELP嵌合蛋白，通过大肠杆菌表达系统生产。将金纳米颗粒（AuNPs）整合至VELP@BMP-2 NMs实现NIR响应性。体外实验验证了NIR触发的BMP-2释放动力学，并通过人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和小鼠前成骨细胞（MC3T3-E1）评估血管生成与成骨分化能力。采用大鼠牙周缺损模型和微型CT分析评估骨再生效果。

研究结果

设计与制备VELP
通过AlphaFold2预测显示，VEGF-mimetic结构域暴露于N端且不影响弹性蛋白样多肽（ELP）固有结构。VELP由亲水链（VPGEG）₂₀
和疏水链（VPGFG）₁₀
组成，分子量约15.4 kDa，临界胶束浓度为0.1 μM。

VELP构建
透射电镜证实VELP NMs呈均匀球形（直径45±6 nm），动态光散射显示其表面电位为-18.3 mV。AuNPs修饰后，NIR照射可使体系温度升高12°C，触发BMP-2释放。

讨论
VELP的相变温度（T_t
）设计为32°C，略低于体温以确保体内稳定性。NIR触发的BMP-2释放曲线与自然骨愈合的血管化-成骨时序高度匹配。3D微孔支架实验显示，NIR激活组碱性磷酸酶（ALP）活性较对照组提升3.2倍，钙结节形成增加4.8倍。

结论
该研究首创的NIR-activatable VELP NMs突破传统递送系统的时空控制局限，通过VEGF-mimetic肽段促进早期血管化，并利用AuNPs的光热效应实现BMP-2的精准时序释放。这种"血管先行-成骨跟进"的双模块策略，为骨质疏松等系统性疾病合并牙周缺损的治疗提供新思路。

意义
该技术优势体现在三方面：① 避免生长因子的突释效应；② 通过非侵入式NIR照射实现个体化调控；③ 金纳米颗粒的掺入增强光热转换效率。未来可拓展用于其他需要血管化-成骨协同修复的组织工程领域。