基于肋软骨源干细胞与PR1P肽复合胶原水凝胶的血管生成与骨再生协同治疗策略

为解决骨缺损修复中血管生成与成骨难以协同的关键问题，研究人员开发了负载肋软骨源干细胞(CDSCs)和prominin-1衍生肽(PR1P)的胶原水凝胶。该复合体系通过PR1P持续募集内源性VEGF促进血管化，同时CDSCs在优化微环境中分化为成骨细胞，并抑制破骨细胞活性。动物实验证实其可显著加速股骨缺损愈合，为骨组织工程提供了新型种子细胞和功能化支架材料。

　　

骨骼作为人体重要的支撑结构，其损伤修复一直是临床面临的重大挑战。尽管自体骨移植仍是金标准，但供体来源有限和并发症等问题促使科学家们不断探索组织工程解决方案。其中，种子细胞的选择尤为关键——传统使用的骨髓间充质干细胞(BMSCs)存在增殖能力不足、存活率低等缺陷，而脂肪干细胞(ADSCs)又易向脂肪细胞分化。与此同时，血管内皮生长因子(VEGF)虽能促进血管-成骨耦合作用，但其半衰期短、难以在损伤部位持留的特性严重制约了治疗效果。

东华大学纤维材料改性国家重点实验室的研究人员另辟蹊径，将目光投向人体最丰富的软骨组织——肋软骨。这种与长骨生长板具有相似结构的组织，此前已被该团队证实可分离出具有多向分化潜能的肋软骨源干细胞(CDSCs)。此次他们创新性地将CDSCs与一种新型12氨基酸肽段PR1P共同负载于胶原水凝胶中，构建出能同时促进血管生成、骨形成并抑制骨吸收的智能支架材料。相关成果发表在《Acta Biomaterialia》上。

研究团队首先通过酶消化法从ZsGreen转基因小鼠肋软骨中分离CDSCs，并采用流式细胞术鉴定其干细胞特性。利用圆二色谱和分子对接技术证实PR1P与VEGF的结合能力后，通过冷冻干燥和扫描电镜表征水凝胶的多孔结构。体外实验采用CCK-8检测细胞增殖，qPCR和Western blot分析成骨分化标志物，同时通过TRAP染色评估破骨细胞抑制效果。最后建立小鼠股骨缺损模型，通过Micro-CT、组织学染色等手段评估骨再生效果。

CDSCs的分离与鉴定
研究人员从ZsGreen小鼠肋软骨中成功分离出CDSCs，流式检测显示其高表达干细胞标志物Sca-1和CD90。三维培养证实这些细胞在胶原水凝胶中保持良好活力，且碱性磷酸酶(ALP)活性显著高于BMSCs对照组，提示其具有优越的成骨潜能。

PR1P水凝胶的特性
圆二色谱显示PR1P能通过氢键与VEGF稳定结合。制备的复合水凝胶呈现均匀多孔结构，孔径约100μm，适合细胞生长。体外释放实验表明PR1P可持续释放超过14天，ELISA检测证实其能有效募集周围环境中的VEGF，浓度较对照组提高3.2倍。

促血管生成作用
在Transwell实验中，PR1P处理组人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的迁移数量增加2.8倍。Matrigel成管实验显示，复合水凝胶组的血管样结构总长度是对照组的4.6倍，证实其通过VEGF信号通路显著促进血管新生。

成骨与破骨调控
qPCR检测显示CDSCs在复合水凝胶中RUNX2、OCN等成骨基因表达上调3-5倍。Micro-CT显示移植8周后，实验组新生骨体积(BV/TV)达62.7%，显著高于单纯CDSCs组的41.2%。TRAP染色发现PR1P可抑制破骨细胞分化关键因子NFATc1的表达，使破骨细胞数量减少68%。

动物实验验证
小鼠股骨缺损模型显示，CDSCs Gel@PR1P组4周时即有大量新生骨小梁形成，8周时缺损基本愈合。免疫荧光显示移植的CDSCs成功分化为Osterix⁺成骨细胞，且CD31⁺血管密度较对照组提高4.3倍，证实其通过"血管-成骨耦合"机制促进修复。

这项研究首次系统论证了肋软骨作为干细胞来源在骨再生中的应用价值。CDSCs不仅具有优于传统种子细胞的增殖和成骨能力，其与PR1P的协同作用更创造了独特的"促血管-成骨-抑破骨"三重微环境。这种基于内源性VEGF募集策略的设计，避免了外源生长因子应用的局限性，为骨组织工程提供了新思路。尤其值得注意的是，PR1P对破骨细胞的抑制作用拓展了骨修复材料的调控维度，使其在骨质疏松性骨缺损等复杂病例中更具应用前景。该成果不仅为临床骨缺损治疗提供了潜在的新型生物材料，也为其他组织器官的再生医学研究提供了"干细胞-功能肽"协同策略的范本。