具有自修复特性的可注射骨/生物粘附移植物递送系统在骨再生中的应用研究

为解决开放性骨缺损治疗中骨移植物形状不匹配、移位及止血困难等问题，研究人员开发了一种基于PEG活性酯(Bi-PEG-SG)和明胶的自修复可注射骨/生物粘附移植物递送系统(PG/Van/B/CB)。该系统兼具抗氧化、抗菌、形状适应性和高爆破压力等特性，能有效封堵出血并促进骨再生。研究通过大鼠股动脉横断出血模型和兔股骨髁出血模型验证其止血性能，并通过皮下异位成骨和颅骨缺损模型证实其促进骨再生的能力。该研究为开放性骨缺损的治疗提供了创新性解决方案。

　　

开放性骨缺损是临床治疗中的重大挑战，尤其在高动能损伤中更为常见。传统骨移植材料如自体骨、异体骨等虽广泛应用，但存在形状不匹配、易移位、缺乏止血功能等问题，导致术后并发症增多。此外，骨缺损常伴随严重出血，而现有骨移植系统无法有效止血，增加了术后引流的需求，延长了患者康复时间。针对这些问题，中国人民解放军总医院第四医学中心骨科的研究人员开发了一种创新的骨/生物粘附移植物递送系统，相关成果发表在《Bioactive Materials》上。

研究人员采用Bi-armed Polyethylene Glycol Succinimidyl Glutarate (Bi-PEG-SG)和明胶制备了具有自修复特性的PG水凝胶，并负载小牛骨颗粒(CB)、万古霉素(Van)和重组人骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)构建PG/Van/B/CB系统。关键技术包括：1)通过核磁共振(NMR)表征Bi-PEG-SG结构；2)采用扫描电镜(SEM)观察材料形貌；3)通过体外溶胀和降解实验评估材料稳定性；4)建立SD大鼠股动脉出血和兔股骨髁出血模型验证止血效果；5)利用Micro-CT和组织学分析评价骨再生能力。

研究结果显示：

1. 制备与表征

   PG/Van/B/CB系统通过两步混合法实现均匀分布，SEM和能谱(EDS)证实CB颗粒均匀分散。系统具有快速凝胶时间(120.3±12.01秒)和可控降解性能(体外9-11天，体内42天)。

2. 机械性能与自修复

   压缩和拉伸测试显示，添加CB使压缩强度显著提高，而自修复后力学性能保持不变。该系统可承受50%压缩应变，拉伸强度达7.87±3.49 kPa。

3. 止血性能

   爆破压力测试显示PG/CB的密封压力达397.56±110.83 mmHg，显著高于纤维蛋白胶(191.89±60.42 mmHg)。在大鼠股动脉横断模型中，PG/CB实现完全止血，出血量和时间均为零。

4. 抗氧化与抗菌

   PG水凝胶能清除ABTS⁺、DPPH和·OH自由基，对tBOOH诱导的氧化应激细胞具有保护作用。载Van(0.5 mg/mL)的系统对金黄色葡萄球菌抑菌率达90%以上。

5. 骨再生能力

   Micro-CT显示PG/Van/B/CB组在8周时新生骨体积分数(BV/TV)达34.23±11.28%，骨密度(BMD)为0.436±0.052 g/cm³。皮下异位成骨实验证实rhBMP-2显著促进血管生成标记物CD31和HIF1表达。

该研究创新性地将生物粘附技术与骨移植相结合，解决了传统骨移植物的关键局限。PG/Van/B/CB系统在术中作为止血材料，早期发挥抗菌作用，长期则促进骨再生，实现了"三位一体"的治疗策略。值得注意的是，该系统通过CB与Bi-PEG-SG的酰胺化反应增强内聚力，这一双向增强机制为生物材料设计提供了新思路。未来可通过优化骨颗粒尺寸和添加其他功能因子，进一步拓展其临床应用前景。研究为开放性骨缺损这一临床难题提供了具有转化潜力的解决方案。