基于短纤维3D支架优化H型血管形成并维持氧化还原稳态促进骨质疏松性骨重塑的研究

针对骨质疏松性骨缺损修复中氧化还原稳态失衡和成骨-血管生成耦联失调的难题，研究人员开发了聚多巴胺修饰的可注射短纤维3D支架（PSF@P-SLP），通过负载甲状旁腺激素PTH(1-34)的ROS响应型硫醚磷脂脂质体，实现ROS清除与药物控释双重功能。该支架显著促进间充质干细胞成骨分化和内皮细胞迁移，在体内有效促进H型血管（CD31hiEmcnhi）形成和骨再生，为骨质疏松性骨缺损修复提供了新型治疗策略。

　　

骨质疏松已成为威胁骨骼健康的全球性难题，其特征是骨量减少和微结构恶化，导致骨折风险显著增加。然而，骨质疏松性骨缺损修复面临双重挑战：一方面，病理性微环境中活性氧（ROS）水平升高会损害成骨细胞功能并促进破骨细胞分化；另一方面，关键的成骨-血管生成耦联机制被破坏，尤其是具有骨诱导作用的H型血管（CD31^hiEmcn^hi）数量减少。虽然甲状旁腺激素PTH(1-34)已被证实能促进骨形成和血管生成，但全身给药存在局部浓度不足、需频繁注射及潜在副作用等问题。

苏州大学附属第二医院的研究团队在《Bioactive Materials》发表创新性研究，通过短纤维均质化技术构建了聚多巴胺（PDA）修饰的可注射短纤维3D支架（PSF@P-SLP）。该支架表面修饰的PDA诱导短纤维原位聚集形成多孔网络结构，同时通过儿茶酚基团偶联负载PTH(1-34)的ROS响应型硫醚磷脂脂质体（P-SLP）。关键技术包括：采用硫醚键修饰的磷脂（S18-PC）制备ROS响应型脂质体；通过高剪切均质和冷冻成型构建三维短纤维支架；建立OVX大鼠股骨髁缺损模型评估骨再生效果；运用micro-CT和免疫荧光双标等技术分析H型血管形成。

研究结果显示：

1. P-SLP的制备与表征：TEM显示P-SLP粒径约140.2 nm，在100 mM H₂O₂处理24小时后结构完全破坏，证实其ROS响应特性。脂质体在10 mM H₂O₂溶液中PTH释放速率显著提高。

2. 支架性能优化：PDA涂层使接触角从76°降至42°，显著改善亲水性。SEM显示PSF@P-SLP纤维直径增至1.5 μm，EDS证实磷元素成功负载。支架在含10 mM H₂O₂溶液中可持续释放PTH达8天，羟基自由基清除实验显示PSF@P-SLP组溶液吸光度降低70%。

3. 细胞保护作用：在200 μM H₂O₂刺激下，PSF@P-SLP使BMSCs内ROS水平降低1.8倍，JC-1染色显示线粒体膜电位恢复。CCK-8检测表明该支架可逆转氧化应激导致的细胞增殖抑制。

4. 成骨与血管生成调控：qPCR显示PSF@P-SLP显著上调成骨基因（Runx2、ALP、OCN）和血管生成标志物（VEGF、CD31）表达。TRAP染色证实其通过降低ROS抑制破骨细胞形成，同时PTH控释使破骨细胞数量保持在生理水平。

5. 体内骨修复效果：micro-CT显示植入4周后，PSF@P-SLP组骨密度（BMD）和骨体积分数（BV/TV）较对照组提高2.7倍。微血管灌注显示该组血管体积增加3倍，免疫荧光双标证实CD31⁺Emcn⁺的H型血管数量显著增多。组织学分析显示新生骨呈板层状结构，骨动态标记显示矿化沉积率（MAR）提高50%。

这项研究创新性地将氧化还原调控与H型血管靶向相结合，证实PSF@P-SLP可通过以下机制促进骨再生：硫醚键直接清除过量ROS；ROS响应型脂质体实现PTH按需释放；PTH通过Notch1/Dll4通路上调促进H型血管形成。该策略突破了传统支架单纯提供机械支撑的局限，为骨质疏松性骨缺损的微环境重构提供了全新解决方案，具有重要的临床转化价值。研究团队也指出，未来需在大动物模型中验证长期安全性和剂量效应关系，以推动临床应用。