微颗粒局部递送生长因子调控鸡胚骨模型中成骨与成软骨基因表达的时空依赖性研究

为解决骨组织工程中生长因子时空递送的难题，研究人员利用PLGA微颗粒(MPs)作为控释系统，在鸡胚骨模型中研究了BMP2和FGF2的局部递送效应。结果表明，精确调控生长因子释放速率可显著改变细胞形态和胶原沉积模式，并特异性调控成骨(COL-I)和成软骨(COL-II)标志物表达。该研究为开发下一代骨修复策略提供了低成本、高生理相关性的临床前筛选平台。

　　

骨骼作为人体重要的支撑结构，其损伤修复一直是再生医学领域的重大挑战。尽管自体骨移植被视为"金标准"，但供体来源有限和并发症风险等问题促使科学家们寻求合成替代方案。生长因子如骨形态发生蛋白2(BMP2)虽展现出治疗潜力，但传统递送方式常因剂量失控导致异位骨化、恶性肿瘤等严重副作用。这些问题的核心在于现有技术难以模拟天然组织发育过程中生长因子的精确时空分布模式。

英国诺丁汉大学沃尔夫森干细胞、组织工程与建模中心(Wolfson Centre for Stem Cells, Tissue Engineering and Modelling, University of Nottingham)的研究团队创新性地开发了鸡胚骨离体培养模型，通过聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)微颗粒实现生长因子的可控释放。研究发现，当BMP2以1.81±0.33 ng/位点的剂量通过微颗粒递送至增殖区(PZ)时，可诱导150μm范围内细胞形态改变，形成紧密排列的胞质突起；而在前肥大/肥大区(CZ)则主要促进I型胶原(COL-I)沉积。相比之下，成纤维细胞生长因子2(FGF2)的递送则选择性上调II型胶原(COL-II)表达，证实了生长因子应答的特异性。

研究采用三项关键技术：(1)双乳化法制备20μm粒径的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物修饰微颗粒；(2)100μm尖端玻璃针微创注射技术，实现20nL精确递送；(3)胚胎11天(E11)鸡股骨离体培养系统，维持组织生理状态10天。通过阿尔新蓝/天狼星红染色、环境扫描电镜(ESEM)和免疫组化(IHC)等多维度分析手段，系统评估了生长因子对细胞行为的影响。

3.1 注射程序优化

通过对比50-400μm不同口径注射针，确定103.3±4.4μm外径的玻璃针可实现微创注射，避免组织架构破坏。这一技术为后续精准定位研究奠定基础。

3.2 BMP2微颗粒效应

在PZ区域，BMP2微颗粒诱导细胞形成紧密排列的胞质突起，ESEM显示其形态显著区别于天然圆形软骨细胞。IHC分析揭示COL-I和COL-II在PZ同步上调，而CZ区域主要增强COL-I表达。值得注意的是，骨钙素(OC)未见表达，提示BMP2可能延缓终末分化。

3.3 FGF2微颗粒效应

与BMP2不同，FGF2微颗粒诱导PZ细胞形成更长的随机排列突起，且仅特异性上调COL-II表达。这种差异证实生长因子可编程细胞命运，为组合疗法设计提供依据。

这项研究的意义在于建立了一个介于传统体外实验与复杂动物模型之间的创新平台。通过证明生长因子释放动力学与细胞应答的精确对应关系，为优化骨修复材料提供了新思路。特别是发现2ng级BMP2即可诱导局部效应，为降低临床剂量、减少副作用指明方向。该模型未来可用于多因子序贯释放系统的评估，推动骨组织工程向仿生设计迈进。论文发表于《Acta Histochemica》，为再生医学领域提供了重要的方法论突破。