肝素/PEAD凝聚体缓释系统递送5种BMPs促进微骨折介导的软骨修复：效能比较与机制研究

软骨缺损修复面临纤维软骨再生难题，科罗拉多州立大学团队通过肝素/PEAD凝聚体缓释系统递送5种骨形态发生蛋白(BMPs)，发现BMP2/4/9显著增强人骨髓间充质干细胞(hBMMSCs)成软骨分化，并通过上调SOX9表达促进大鼠骨软骨缺损模型中微骨折介导的修复，为临床提供新型联合治疗策略。

　　

软骨缺损修复和骨关节炎治疗一直是临床面临的重大挑战。尽管微骨折手术能释放内源性干细胞，但常导致力学性能较差的纤维软骨再生。如何促进透明软骨再生成为研究焦点。骨形态发生蛋白(BMPs)作为转化生长因子超家族成员，虽已知具有成软骨潜力，但不同BMPs的效能差异及递送策略尚未系统研究。

科罗拉多州立大学联合匹兹堡大学等机构的研究团队在《Bioactive Materials》发表重要成果，首次通过肝素/聚乙二醇精氨酸天冬氨酸二甘油酯(PEAD)凝聚体缓释平台，系统比较BMP2/4/6/7/9在促进软骨再生中的效能差异。研究发现，所有BMPs均能显著增强人骨髓间充质干细胞(hBMMSCs)的成软骨分化，其中BMP2/4/9效果最优；体内实验证实，低剂量(500ng)缓释BMPs通过上调SOX9表达，显著改善微骨折介导的软骨修复质量。

研究采用三大关键技术：1)三维 pellet培养评估hBMMSCs成软骨分化；2)肝素/PEAD凝聚体结合纤维蛋白封闭剂构建缓释系统；3)大鼠股骨滑车沟1.5mm骨软骨缺损模型结合微骨折手术。样本来源于3例髋关节置换患者的骨髓和SD大鼠肌肉干细胞(rMDSCs)。

【3.1 BMPs显著增强hBMMSCs成软骨分化】
通过24天三维 pellet培养发现，BMP2/4/9组 pellet直径较对照组增加49.6-71.7%，阿利新蓝和番红O染色显示糖胺聚糖(GAG)沉积增加191%。免疫组化证实BMP4诱导的II型胶原(COL2)表达最强，而BMP9组的X型胶原(COL10)阳性面积最低，提示其抑制肥大化潜力。

【3.3 凝聚体-BMPs促进细胞增殖】
MTT法和Ki67免疫荧光显示，凝聚体本身即能促进hBMMSCs增殖(A490值提升40%)，加载BMPs后效果更显著。大鼠MDSCs中，BMP9显著上调BMP受体2(BMPR2)和去乙酰化酶SIRT1 mRNA表达，提示其通过表观遗传调控发挥作用。

【3.6 体内修复效果评估】
Micro-CT显示所有BMP组均改善软骨下骨修复，BMP4组骨体积(BV)增加最显著( p<0.05)。宏观评分证实BMP组国际软骨修复学会(ICRS)评分较PBS组提高2倍，其中BMP4/9组修复组织最接近正常软骨形态。

【3.9 SOX9机制解析】
免疫组化发现BMP组SOX9⁺细胞比例达70%，与正常软骨相当。SOX9作为核心转录因子，通过激活COL2和聚集蛋白聚糖基因表达，驱动间充质干细胞向软骨谱系分化。值得注意的是，虽然所有BMPs均能促进修复，但再生软骨的番红O染色强度仍低于天然软骨，表明需进一步优化剂量或联合抗纤维化治疗。

该研究首次系统比较5种BMPs在缓释系统中的成软骨效能，突破性地证实低剂量(500ng/缺损)BMPs即可通过SOX9通路增强微骨折效果。肝素/PEAD凝聚体作为新型递送平台，解决了生长因子半衰期短、需大剂量给药的临床痛点。未来研究可探索BMPs与TGFβ3或抗纤维化药物(如氯沙坦)的协同作用，以及在大型动物模型中的长期疗效评估。这一成果为临床转化提供了重要理论依据和技术支撑。