E7肽与氧化镁功能化同轴纤维膜通过招募骨髓间充质干细胞促进骨再生的创新研究

本研究针对骨缺损修复的临床难题，创新性地开发了E7肽(EPLQLKM)修饰的nMgO(纳米氧化镁)同轴电纺纤维膜。研究人员采用PLLA(聚乳酸)/PEG(聚乙二醇)为壳层、明胶/nMgO为核层的"核-壳"结构设计，通过EDC/NHS化学交联将BMSCs(骨髓间充质干细胞)亲和肽E7接枝到纤维表面。该材料不仅维持了体外pH稳定性，还显著促进了BMSCs的增殖、迁移和成骨分化，在大鼠颅骨缺损模型中成功实现了新骨形成和缺损修复，为组织工程提供了新型功能性支架材料。

　　

骨组织损伤修复一直是临床面临的重大挑战，全球每年需要进行超过200万例骨移植手术。虽然镁(Mg)基仿生支架被广泛应用于骨缺损修复，但Mg²⁺释放导致的碱性微环境反而会阻碍骨再生。如何实现内源性骨髓间充质干细胞(BMSCs)的特异性招募和定向分化，成为突破现有治疗瓶颈的关键科学问题。

针对这一难题，研究人员设计了一种创新的"核-壳"结构同轴电纺纤维膜。该研究采用聚乳酸(PLLA)和聚乙二醇(PEG)作为壳层材料，明胶(G)和纳米氧化镁(nMgO)作为核层材料，通过同轴电纺技术构建功能性支架。特别引人注目的是，研究人员在纤维表面接枝了具有BMSCs特异性亲和能力的E7肽(EPLQLKM)，这种源自人骨髓间充质干细胞(hBMMSCs)的多肽具有分子结构简单稳定、半衰期长、生物安全性高等优势。

研究团队通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)证实了纤维膜的成功制备和"核-壳"结构特征。接触角测试显示E7肽修饰显著提高了材料亲水性(p<0.001)，力学测试表明E7肽增加了纤维膜的极限抗拉强度(UTS)但降低了延展性。体外降解实验证实含nMgO的纤维膜能维持pH在7.1-7.5的稳定范围，避免了传统镁基材料因Mg²⁺快速释放导致的碱性环境(pH≈8-10)问题。

在细胞实验中，CCK-8和活/死染色显示PLLA/MgO@E7组BMSCs增殖最显著(p<0.001)。Transwell实验证实E7肽修饰组在24h内BMSCs迁移数量显著高于未修饰组(p<0.001)。ALP(碱性磷酸酶)和ARS(茜素红S)染色显示，PLLA/MgO@E7组在7天和14天时的成骨分化标志物表达和钙结节形成均显著优于其他组(p<0.05)，表明nMgO和E7肽具有协同促骨作用。

动物实验进一步验证了材料的修复效果。Micro-CT显示植入8周后，PLLA/MgO@E7组的骨体积分数(BV/TV)和骨密度(BMD)最高，HE和Masson染色观察到成熟骨组织形成和血管化。免疫荧光显示E7肽修饰组在第7天时CD29⁺/CD90⁺ BMSCs的荧光强度显著增强(p=0.002)，证实了其优异的细胞招募能力。

该研究主要采用了以下关键技术：1)同轴电纺技术构建"核-壳"结构纤维膜；2)EDC/NHS化学交联法接枝E7肽；3)SD大鼠颅骨缺损模型评估骨再生效果；4)Micro-CT三维重建定量分析新骨形成；5)免疫荧光标记追踪BMSCs体内迁移。

研究结果部分显示：

1. 物理表征：TEM证实了纤维膜的"核-壳"结构，FTIR显示各组分特征峰无新峰形成，表明未发生化学反应。

2. 体外降解：含nMgO组28天降解率达40%，pH稳定在7.1-7.5。

3. E7肽释放：7天内释放55%，28天达90%。

4. 生物相容性：PLLA/MgO@E7组第7天细胞增殖最显著。

5. 成骨分化：PLLA/MgO@E7组ALP活性和钙沉积量均最高。

6. 体内招募：E7肽修饰组BMSCs荧光强度较对照组提高3倍。

7. 骨修复：PLLA/MgO@E7组BV/TV比空白组提高5倍。

这项研究的意义在于：首次将E7肽与nMgO协同应用于骨修复材料，通过同轴电纺的"核-壳"结构设计，既解决了Mg²⁺快速释放导致的pH波动问题，又实现了BMSCs的特异性招募和定向分化。研究提出的"细胞招募-微环境调控-成骨诱导"三重作用机制，为开发新一代骨组织工程材料提供了新思路。特别是E7肽通过可能涉及的SDF-1/CXCR4信号通路促进BMSCs迁移，而Mg²⁺通过激活PI3K/Akt和Wnt/β-catenin通路促进成骨，这种多靶点协同策略展现出良好的临床转化前景。