羟基磷灰石/β-磷酸三钙支架负载层状双氢氧化物释放没食子酸抑制破骨细胞形成的体外研究

为解决拔牙后破骨细胞(OC)介导的牙槽骨吸收问题，研究人员开发了负载没食子酸(GA)的ZnAl层状双氢氧化物(LDH)功能化羟基磷灰石(HA)/β-磷酸三钙(β-TCP)支架(RIG_LDH-GA)。通过RAW 264.7细胞RANKL诱导的破骨细胞分化模型，证实该系统可剂量依赖性抑制OC形成(IC50=10.61μM)，下调NFATc1/c-Fos/RANK信号通路，为牙槽嵴保存提供了新型骨替代材料。

　　

牙槽骨吸收是牙科临床面临的重大挑战。拔牙后缺乏牙周膜刺激，破骨细胞(OC)过度活化导致骨量快速丢失，严重影响种植修复效果。传统骨移植材料如羟基磷灰石(HA)和β-磷酸三钙(β-TCP)虽具骨传导性，但无法调控骨吸收进程。意大利佩鲁贾大学团队创新性地将天然多酚没食子酸(GA)与骨替代材料结合，为解决这一临床难题提供了新思路。

GA作为3,4,5-三羟基苯甲酸，既往研究证实其可通过抑制Akt/ERK/JNK通路阻断OC分化。但游离GA存在稳定性差、局部浓度不足等问题。本研究巧妙利用ZnAl层状双氢氧化物(LDH)的层间离子交换特性，将GA以单阴离子形式(gallate)嵌入LDH夹层，构建LDH-GA复合物。通过X射线衍射(XRPD)证实层间距从12.9?(醋酸根型)缩减至8.8?(GA型)，傅里叶变换红外光谱(FT-IR)显示羧酸质子特征峰消失，证明成功插层。将该复合材料负载于RIGENERA BTK BCP双相钙磷支架表面，形成RIG_LDH-GA药物缓释系统。

关键技术包括：1) 尿素法制备ZnAl-NO₃ LDH并通过离子交换获得GA插层型；2) HPLC定量分析GA释放动力学；3) RAW 264.7细胞RANKL诱导的破骨细胞分化模型；4) TRAP染色和骨吸收陷窝分析；5) qPCR和Western blot检测OC标志基因及信号通路蛋白。

3.1 材料表征与释放特性

XRPD和FT-IR证实GA成功插入LDH层间，负载量达30.4%。体外释放实验显示24小时释放约1%的GA，符合缓释要求。SEM显示典型"沙漠玫瑰"状层状结构，比表面积大有利于药物负载。

3.2 破骨细胞形成抑制

F-actin环计数显示RIG_LDH-GA条件培养基(CM)呈剂量依赖性抑制OC形成，50μL/孔(100μM GA)时完全抑制。计算IC₅₀为10.61μM，显著优于未功能化对照组(p<0.0001)。

3.3 破骨细胞功能抑制

TRAP活性检测显示100μM GA处理组酶活性降至对照的20%(p<0.0001)。骨吸收实验证实RIG_LDH-GA CM组陷窝面积减少85%，与未分化组相当。

3.4 标志基因表达调控

qPCR显示GA处理显著下调OC关键基因：Acp5(TRAP)表达量降至10%，Mmp9和Ctsk分别降低70%和50%，钙受体基因Calcr减少60%。Western blot验证蛋白水平同步下降。

3.5 信号通路干预机制

Western blot揭示RIG_LDH-GA CM阻断RANKL信号放大环路：c-Fos和NFATc1表达被抑制，导致RANK受体表达回落至基线水平，中断OC分化正反馈。

该研究创新性地将LDH的药物缓释特性与GA的抗OC活性相结合，赋予传统骨移植材料RIGENERA BTK BCP以生物学调控功能。与既往研究相比，该系统具有三大优势：1) LDH层状结构保护GA免受氧化降解；2) 离子交换机制实现pH响应性释放；3) 局部给药避免全身副作用。值得注意的是，ICP-OES检测显示Zn²⁺和Al³⁺释放浓度低于15nM，排除了金属离子干扰。

这项发表于《Biomedical Signal Processing and Control》的研究为牙槽嵴保存提供了新型功能化骨替代材料，未来临床转化需进一步验证其在体效果。其设计理念也可拓展至其他骨缺损修复场景，如骨质疏松性骨折和骨肿瘤切除后的骨重建，具有广阔的临床应用前景。