原位构建骨化微单元通过持续解除表观遗传抑制促进临界骨缺损再生

针对临界骨缺损修复中干细胞募集不足、表观遗传抑制和矿化微环境缺失等难题，上海交通大学医学院团队开发了整合"材料-基因-生物因子"三耦合的MEG3沉默骨化微单元(MSOMs)。该研究通过微流控技术构建的GelMA微凝胶搭载SDF-1α和si@BCP纳米颗粒，实现BMSCs高效募集与持续表观调控，使β-catenin表达恢复并促进骨再生，为临床骨缺损修复提供了创新解决方案。

　　

临界骨缺损修复一直是骨科领域的重大挑战，传统治疗方法如自体骨移植存在供体有限、免疫排斥等问题，而合成骨替代材料又难以克服干细胞募集不足和表观遗传抑制两大障碍。研究表明，长链非编码RNA MEG3的上调会招募表观调控因子EZH2，抑制骨再生核心基因β-catenin的转录，成为阻碍骨愈合的关键分子机制。如何实现持续有效的表观遗传调控，同时改善局部微环境，成为突破临床治疗瓶颈的关键科学问题。

上海交通大学医学院的研究团队在《Journal of Controlled Release》发表创新成果，通过微流控技术构建了具有"材料-基因-生物因子"三耦合功能的原位连续MEG3沉默骨化微单元(MSOMs)。该研究首先采用动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)优化了载siRNA的钙磷纳米颗粒(si@BCP)制备工艺，通过掺入阿仑膦酸钠(ALN)和牛血清白蛋白(BSA)解决了纳米颗粒聚集问题；继而利用微流控技术将si@BCP与基质细胞衍生因子-1α(SDF-1α)整合到甲基丙烯酰化明胶(GelMA)微凝胶中，通过酶联免疫吸附试验(ELISA)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征载药性能；最后通过大鼠颅骨缺损模型，结合Micro-CT和组织学分析验证治疗效果。

在"优化和表征ALN与BSA修饰的CaP(BCP)纳米颗粒"部分，研究发现3% ALN和20% BSA修饰使纳米颗粒粒径稳定在137-149nm，多分散指数(PDI)显著降低，解决了传统CaP易聚集和晶型转化的问题。siRNA负载实验显示20:1的质量比可实现99%的包封率，电泳验证无游离siRNA残留。

"MSOMs的制备与表征"显示，微流控技术制备的微凝胶直径约200μm，SDF-1α负载效率达85.7%。体外释放实验呈现双相释放特征：SDF-1α前4天快速释放72%，而si@BCP在胶原酶II环境中56天持续释放81%，满足早期募集和长期调控的需求。

"BMSCs迁移和募集的体内外评价"部分，Transwell实验表明MSOMs组迁移细胞数是si@BCP@MGs组的2.5倍。体内实验显示，MSOMs植入7天后CD44和CD90阳性细胞增加1倍，证实其显著增强BMSCs募集能力。

"MSOMs的表观遗传调控作用"通过qPCR和免疫荧光证实，MSOMs使MEG3表达降低60%，β-catenin mRNA上调3倍。免疫组化显示植入MSOMs后β-catenin蛋白表达增加1.8倍，有效逆转了表观抑制。

"MSOMs促进体内骨再生"的Micro-CT数据显示，MSOMs组骨体积分数(BV/TV)显著提高，组织学观察到特征性的骨化中心形成。Masson染色显示成熟矿化骨组织(红染区域)明显多于对照组，新骨面积增加3倍。

该研究创新性地将微纳制造技术与表观遗传调控相结合，解决了传统疗法无法持续逆转表观抑制的难题。MSOMs通过时空耦合的SDF-1α快速释放与siRNA缓释系统，实现了BMSCs募集与分化的协同调控。特别是ALN/BSA稳定化技术克服了CaP纳米载体易聚集的缺陷，微流控制备确保微凝胶的均一性和可重复性。研究不仅为临界骨缺损提供了新型治疗策略，更为其他组织工程的表观遗传调控提供了范式参考。这种"材料-基因-生物因子"三耦合的设计理念，有望拓展应用于软骨、神经等难愈性组织再生领域。