角质蛋白支架配方影响rhBMP-2体内分布并促进大鼠股骨缺损模型骨再生

针对长骨骨不连临床需求，研究人员通过调控角质蛋白（KOS/KTN）支架的降解速率，优化重组人骨形态发生蛋白2（rhBMP-2）递送系统。研究发现50:50 KOS:KTN支架在保留rhBMP-2生物活性、减少远端器官分布的同时，实现了与胶原支架相当的骨桥接效果（8周μ-CT验证），为安全有效的骨再生提供了新策略。

　　

骨骼修复的困境与突破

长骨骨折后约2%的病例会出现骨不连（nonunion），其中骨干骨折的发生率高达20%。传统治疗方法如自体骨移植存在供区并发症，而胶原蛋白载体（如Infuse Bone Graft）虽能递送rhBMP-2促进骨再生，却因快速降解导致的rhBMP-2暴释引发炎症、异位骨化等安全隐患。如何平衡生长因子递送效率与安全性，成为骨组织工程领域的关键挑战。

美国迈阿密大学（Miami University）生物医学工程团队创新性地利用人发提取的角质蛋白构建可控降解支架。研究发现，通过调节还原型角质蛋白（kerateine, KTN）与氧化型角质蛋白（keratose, KOS）的比例，可精准调控二硫键交联密度，从而改变支架降解速率。相关成果发表于《Tissue Engineering and Regenerative Medicine》，为长骨骨不连治疗提供了更安全的解决方案。

关键技术方法

研究采用大鼠股骨临界尺寸缺损模型（8mm），通过μ-CT动态监测骨再生（4/8周），结合力学测试评估新生骨性能。利用近红外荧光标记（DL800）追踪rhBMP-2体内分布，比较五种KOS/KTN比例支架（100%KOS至100%KTN）与胶原载体的rhBMP-2保留率及远端器官分布。体外实验通过AF488标记验证释放动力学。

研究结果

1. 骨再生效果

• 桥接率：50:50 KOS:KTN+rhBMP-2组8周时实现100%桥接（6/6），与胶原组相当，而纯KOS或KTN组仅部分桥接（图1-3）。

  
  

• 骨量与密度：50:50组骨体积显著高于纯KOS/KTN组（P<0.05），而所有含rhBMP-2组8周时骨密度（BMD）均优于对照组（图3C）。

2. 力学性能

50:50组最大载荷（~70N）与弹性模量接近胶原组，但30:70组力学性能显著降低（图4A-B），表明适度交联对骨功能重建至关重要。

3. rhBMP-2控释特性

• 体内保留：50:50与KTN支架术后7天rhBMP-2保留率较胶原高4倍（图5B），荧光成像显示其显著减少肝脾等远端器官分布（图6E）。

  

• 体外释放：KTN比例越高，rhBMP-2释放越缓慢（图5A），与二硫键介导的降解速率正相关。

结论与展望

该研究首次证实角质蛋白支架通过调控KOS/KTN比例可实现三重优势：（1）匹配胶原的骨再生效能；（2）延长rhBMP-2局部滞留；（3）降低系统性扩散风险。50:50配方兼具KOS的快速细胞浸润与KTN的缓释特性（图7机制示意图），为临床转化提供理想平衡点。未来可进一步探索支架孔隙结构优化与rhBMP-2剂量递减，推动其在脊柱融合等适应症的应用。