《Biomolecules》：A VEGF/BMP-6-Functionalized PLGA Scaffold Combined with Mesenchymal Stem Cells Promotes Bone Regeneration in a Chicken Femoral Defect Model
编辑推荐：
临界尺寸骨缺损的修复仍具有挑战性，因为成功再生需要成骨和血管支持。该研究探讨了经血管内皮生长因子（VEGF）和骨形态发生蛋白-6（BMP-6）功能化的可降解聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）支架联合鸡骨髓来源间充质干细胞（MSCs）是否能增强骨再生。多孔PLG
临界尺寸骨缺损的修复仍具有挑战性，因为成功再生需要成骨和血管支持。该研究探讨了经血管内皮生长因子（VEGF）和骨形态发生蛋白-6（BMP-6）功能化的可降解聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）支架联合鸡骨髓来源间充质干细胞（MSCs）是否能增强骨再生。多孔PLGA支架经VEGF和BMP-6功能化，接种MSCs，并植入手术创建的鸡股骨缺损中。8周后通过微型计算机断层扫描（micro-CT）和组织学分析评估骨再生。VEGF和BMP-6对MSC成骨分化的影响进一步通过茜素红S（Alizarin Red S）染色和定量实时PCR（quantitative real-time PCR）评估。在各治疗组中，VEGF/BMP-6功能化支架联合MSCs产生最大的骨体积和最广泛的缺损桥接。在体外，VEGF和BMP-6调节基质矿化和成骨标志物表达。这些发现证明了整合生长因子功能化和MSC移植的多功能PLGA基构建体的再生潜力。由于未纳入仅MSC的支架组，MSCs和生长因子功能化对增强的体内反应的各自贡献无法区分。
临界尺寸骨缺损（critical-sized bone defects）的修复仍是骨科手术中的难题。高能量创伤、肿瘤切除、感染、先天畸形或翻修关节置换造成的大段骨缺损常不能自行愈合，并需要手术干预；尽管骨折处理已取得进步，延迟愈合和骨不连仍带来显著临床和社会经济负担。自体骨移植是临床金标准，因同时提供骨传导、骨诱导和成骨特性，但受供区并发症、组织来源有限、手术时间延长和移植物质量不稳定限制。同种异体骨虽避免供区并发症，却成骨潜力降低，并存在免疫排斥、疾病传播和重塑不完全风险。因此，需要可预测且持久的生物材料替代策略。骨组织工程通过整合生物材料支架、生物活性分子和再生细胞构建多功能治疗平台。PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物）因生物相容性、可调降解、机械性能和转化潜力被广泛研究，并可局部递送生物活性分子和提供三维细胞环境。骨再生依赖成骨与血管生成在整个愈合过程中的协调耦合；BMPs（骨形态发生蛋白）是成骨分化和骨骼发育的强效调节因子，VEGF（血管内皮生长因子）在血管侵入、内皮增殖和营养输送中居中心地位。BMP-2和BMP-7虽已临床转化，但成本高、需超生理剂量并有潜在不良反应；BMP-6在实验模型中显示强骨诱导活性，且较BMP-2更不易受内源性BMP拮抗剂抑制。MSCs（间充质干细胞）具有多向分化、分泌营养因子和调节局部再生环境的能力，但其疗效依赖周围微环境。既往研究表明VEGF和BMP-6联合刺激可增强MSCs体外成骨分化，并在异位和下颌缺损模型中促进骨形成；但该策略能否增强股骨皮质缺损修复尚未确定。因此，研究人员在鸡股骨缺损模型中研究VEGF/BMP-6化学功能化PLGA支架联合MSCs的骨再生效果，并通过micro-CT（微型计算机断层扫描）和组织学评价体内修复，通过矿化实验和定量基因表达分析体外成骨效应。研究结论为：完整构建体产生最大骨体积和最广泛缺损桥接，体外VEGF和BMP-6调节基质矿化和成骨标志物表达；由于未纳入仅MSC支架组，MSC移植与生长因子功能化的独立贡献不能区分。该研究支持多功能PLGA基构建体整合生长因子功能化和MSC移植的再生潜力，并提示进一步研究价值。
研究人员采用热烧结制备多孔PLGA圆柱支架（5 mm×5 mm），经碳二亚胺交联分别固定VEGF、BMP-6或二者；从年轻鸡骨髓分离扩增MSCs，按1×10
6 cells/scaffold接种于功能化支架；在鸡单侧股骨手术创建5×5 mm皮质缺损，设空缺损、PLGA、VEGF、BMP-6、VEGF/BMP-6、VEGF/BMP-6+MSCs六组，每组4只，观察8周；以micro-CT定量感兴趣区骨体积（BV，mm
3）并以H&E（苏木精-伊红）染色定性组织学；体外将MSCs在成骨诱导培养基中分别加入VEGF、BMP-6或二者（各10 ng/mL），用茜素红S（Alizarin Red S）评估基质矿化，用定量实时PCR检测COL1A2、RUNX2、OCN、OPN并以GAPDH归一、2
?ΔΔCt法计算；统计采用单因素方差分析（one-way ANOVA）和Tukey多重比较，p < 0.05为显著。样本来源为鸡骨髓来源MSCs和鸡股骨缺损模型。
研究结果如下。3.1 制备VEGF/BMP-6功能化PLGA支架与实验设计：研究人员制备多孔PLGA支架并功能化VEGF/BMP-6，接种鸡骨髓MSCs后植入股骨缺损；所有动物耐受手术，无主要术后并发症，植入支架在整个实验期稳定。该部分通过实验流程说明整合支架、生长因子功能化、MSC移植和体内评价。3.2 鸡股骨缺损模型中骨再生的micro-CT评价：代表性micro-CT重建显示，未处理缺损矿化组织有限，PLGA构建体组出现不同程度矿化组织；VEGF/BMP-6功能化PLGA支架联合MSCs组缺损桥接最广泛、股骨连续性恢复最明显。因基于代表性重建，组间定量比较见骨体积分析。3.3 VEGF/BMP-6功能化PLGA支架联合MSCs显示最大骨体积：micro-CT骨体积定量显示，VEGF/BMP-6功能化PLGA支架接种MSCs组骨体积最大，并与其他治疗组有显著差异（p < 0.05）；未处理、仅PLGA、VEGF、BMP-6、VEGF/BMP-6支架组之间未显示统计学显著差异。结论支持完整构建体增强骨再生，但不能确定生长因子功能化和MSC移植的独立贡献。3.4 骨修复的组织学评价：H&E组织学定性显示，未处理缺损含大量纤维结缔组织、缺损边缘新骨有限；PLGA治疗组可见不同程度新骨和骨小梁结构；VEGF/BMP-6+MSC组缺损区大量新骨形成，并见桥接和骨髓样组织。代表性与micro-CT一致，但未进行定量组织形态学比较。3.5 VEGF和BMP-6调节MSC基质矿化：茜素红S染色显示基础培养基矿化极少，成骨诱导培养基支持矿化；第28天BMP-6及VEGF/BMP-6联合处理较单独成骨培养基显示更高矿化（根据显著性标记），联合处理组第28天绘制均值最高；该结果不能确定VEGF单独显著增加矿化或联合显著大于BMP-6单独。3.6 VEGF和BMP-6调节成骨基因表达：第7天qPCR显示，VEGF/BMP-6联合处理与RUNX2、OCN、OPN表达明显增加相关，COL1A2在含BMP-6处理组增加；该结果为早期分子评估，单时间点不能确定成骨成熟时序。
讨论部分指出，大缺损修复需要结构完整性和生物活性微环境，研究趋势从单成分治疗转向整合生物材料、生物信号和干细胞的多功能平台。PLGA可作为临时结构模板和局部递送平台，同时支持MSC附着和存活；虽未直接评估支架降解和释放动力学，但联合组改善与可降解支架多功能平台概念一致。VEGF和BMP-6联合的生物学基础在于血管生成与成骨耦合：VEGF促进内皮增殖、血管通透性和新生血管化，BMP-6等调节成骨分化和基质矿化；两条通路相互作用。MSCs可分化为成骨细胞并分泌营养因子调节局部环境，但其治疗效应依赖微环境。本研究扩展研究人员既往VEGF/BMP-6联合刺激MSC和下颌骨再生研究，在股骨皮质缺损这一不同解剖和生物力学环境中评价；鸡双足长骨模型提供与四足啮齿类不同的承重环境，但机械负荷未量化。临床转化需可规模化制造、可重复支架、受控递送、成本效益和法规合规；策略可能适用于临界尺寸创伤骨缺损、骨不连、肿瘤切除后节段性骨丢失、翻修关节置换、先天畸形和复杂重建，但需大型动物和生物力学评价。局限性包括每组4只动物统计效力有限；无MSC-only支架组不能区分MSC移植和VEGF/BMP-6功能化的独立贡献及相互作用；鸡股骨皮质缺损模型不能完全复现人类生物力学和生物学条件；未直接量化血管化；未直接评估支架降解和生长因子释放（尽管类似功能化支架释放此前已表征）；未进行生物力学测试；无全股骨micro-CT重建；基因表达仅单早期时间点和体内单一8周终点。未来需更大队列、MSC-only支架对照、纵向分子分析、直接血管测量和生物力学测试，以明确各成分独立和联合贡献。
研究结论部分翻译如下：在鸡股骨皮质缺损模型中评估的各治疗组中，VEGF/BMP-6功能化PLGA支架联合间充质干细胞产生最大骨体积和最广泛缺损修复。在体外，VEGF和BMP-6也调节MSC成骨分化，基质矿化和成骨基因表达分析证明了这一点。由于未纳入仅MSC的支架组且未直接评估血管化，MSC移植、生长因子功能化和血管生成机制的独立贡献无法从当前数据中区分。尽管如此，这些发现支持进一步研究整合生物线索和再生细胞的多功能PLGA基构建体用于骨组织工程。
