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研究人员对同种异体人骨源性明胶（hBG）进行了全面评估，认为其是一种用于再生医学和三维生物打印的有前景材料。与商业动物源性明胶产品（以下简称CDH）的比较分析显示，两者具有相似的傅里叶变换红外光谱（FTIR）谱图，证实了关键官能团的保留。稳态剪切下的流变学分析
研究人员对同种异体人骨源性明胶（hBG）进行了全面评估，认为其是一种用于再生医学和三维生物打印的有前景材料。与商业动物源性明胶产品（以下简称CDH）的比较分析显示，两者具有相似的傅里叶变换红外光谱（FTIR）谱图，证实了关键官能团的保留。稳态剪切下的流变学分析表明，hBG是一种假塑性流体，具有浓度依赖性粘度。然而，生物墨水的完整表征需要振荡测量（储能模量G′、损耗模量G″和凝胶点），这计划在未来的研究中进行。在球体模型（成软骨细胞）上的体外实验证明了其生物相容性、无细胞毒性，并在5%和10%（hBG-5/10）基质中支持细胞活力。由于其来源，该材料允许模拟“人-人”条件，使其成为再生医学和组织工程中生物墨水和基质开发的有前途的前体。然而，将材料明确定位为生物墨水需要额外的振荡流变学研究（测定G′、G″、触变性和凝胶点），这些在本工作中未进行。
**论文解读：人类骨源性明胶的材料特性及其在再生医学与三维生物打印中的应用前景**
**研究背景与问题**
再生医学与组织工程旨在修复受损组织器官，但面临供体材料短缺的困境。三维生物打印技术通过构建精确仿生结构为组织工程提供关键手段，其成功直接依赖于生物墨水（bioink）的性能——生物墨水需兼具机械支撑与细胞微环境调控功能。当前，合成聚合物虽机械性能优异但生物相容性不足，而天然动物源性明胶（如牛、猪来源）虽广泛使用，却存在人畜共患病传播风险（如牛海绵状脑病）、种间氨基酸序列差异导致的免疫原性，以及伦理与宗教限制。此外，动物源性材料中α-Gal表位（半乳糖-α-1,3-半乳糖）可在致敏患者中引发过敏反应，甚至导致植入物加速退化。因此，开发无异种来源（xeno-free）的生物材料成为临床转化的重要任务。明胶作为胶原部分水解产物，含有RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）序列促进细胞黏附，并具备基质金属蛋白酶（MMP）敏感位点，是理想的生物墨水前体。骨组织富含I型胶原（>90%有机相）及非胶原蛋白（如骨钙素、骨桥蛋白、BMP（骨形态发生蛋白）和TGF-β（转化生长因子-β）），这些成分可能在提取的明胶中微量保留，赋予骨源性明胶骨诱导潜能。然而，目前针对人源性明胶，尤其是骨源性明胶的提取与应用研究仍十分稀缺。本研究旨在从人骨组织中获得明胶，对其进行全面表征，并评估其作为无异种来源生物材料在再生医学与三维生物打印中的适用性。论文发表在《Polymers》。
**主要技术方法**
研究人员采用专利方法（RU2366173C1）从尸体股骨头（经伦理委员会批准，Samara State Medical University）中提取明胶，流程包括机械清洗、脱矿、脱脂、冷冻研磨、去离子水提取（60-80°C 4h，90-100°C 7h）、过滤、浓缩、中和、透析及冻干。关键表征技术包括：傅里叶变换红外光谱（FTIR）和紫外光谱（UV）分析化学结构；稳态剪切流变仪测定粘度与温度依赖性；十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）分析分子量分布；质构仪测定杨氏模量（Young’s modulus）和Bloom强度（凝胶强度）；体外实验采用人成软骨细胞球体模型，通过荧光染色（LIVE/DEAD
TM试剂盒）和形态学染色（苏木精-苏丹III）评估细胞活力与增殖。
**研究结果**
**3.1 明胶的定量评估**：通过凯氏定氮法（Kjeldahl method）测定总氮含量（15.45-16.77%），双缩脲法（biuret method）测定总蛋白含量（62.23-76.5%），热重法测定残余水分（约1%），灰分测定（<2%），证明hBG纯度高，符合药典标准。
**3.2 FTIR光谱结果**：hBG与商业CDH明胶的FTIR谱图高度相似，均显示酰胺A（3600-3200 cm
-1，N-H伸缩振动）、酰胺I（1640-1620 cm
-1，C=O和N-H伸缩）、酰胺II（1550-1530 cm
-1，C-N伸缩和N-H弯曲）及酰胺III（1250-1230 cm
-1，多肽链骨架振动）特征峰，表明保留胶原多肽链与二级结构，但与未脱矿骨组织光谱相比，hBG峰位更接近经典明胶，反映其变性“无规卷曲”构象。
**3.3 UV光谱结果**：hBG溶液在284 nm处出现强吸收峰，可能源于芳香族氨基酸（酪氨酸、苯丙氨酸）或非胶原蛋白，但未进行免疫化学分析（如ELISA），无法明确归因于特定骨蛋白。
**3.4 结构力学与流变学结果**：稳态剪切流变显示hBG溶液为假塑性流体（剪切变稀），粘度随浓度升高而增大（hBG-15 > hBG-10 > hBG-5）。温度扫描显示在8-12°C出现粘度峰值（hBG-15达2074.4 mPa·s），随后随温度升高至37°C粘度骤降（hBG-5为12.1 mPa·s），反映凝胶融化。杨氏模量范围为1.73 kPa（hBG-5）至11.12 kPa（CDH-15），hBG-15的Bloom强度为44.7 g，显著低于CDH的157.9 g，表明hBG形成软物理凝胶，可能有利于减少挤出剪切应力，但需振荡测量（G′、G″、凝胶点）进一步验证。
**3.5 SDS-PAGE电泳分析**：hBG呈多分散性，主要条带位于128-28 kDa，对应胶原α链（约100-120 kDa）和β链（二聚体）及其水解产物，高分子量聚集体（>250 kDa）为微量组分。与CDH对比，hBG显示出独特的离散肽段，体现人骨胶原的特异性片段化模式。
**3.6 培养与形态学方法**：包括对照培养、球体形态、在0.1%明胶对照、在hBG-5和hBG-10表面接种及包埋实验。荧光染色显示，hBG-5和hBG-10中细胞活力良好，无细胞毒性，球体核心可见少量死细胞，但外围活跃增殖细胞形成绿色荧光带。增殖指数（1.9-2.1）和倍增时间（22.4-25.9 h）与对照组（0.1%明胶）相当或略优，且3天倍增次数（2.0-2.1）高于对照组（1.8），表明hBG支持细胞增殖，且高浓度（5-10%）不会抑制生长。
**总结讨论与结论**
讨论部分指出，本研究中的稳态流变数据仅提供初步假塑性行为评估，缺乏振荡测量（G′、G″、触变性、凝胶点）无法全面判断生物墨水适用性；hBG的低Bloom强度虽可能减少细胞剪切损伤，但需在真实打印条件下验证；UV光谱中284 nm峰可能源于非胶原蛋白，但需ELISA和Western blotting确认；hBG未经交联，在37°C快速溶解，限制其作为长期支架的应用，未来需通过甲基丙烯酸化（GelMA）或酶交联稳定化；当前结果应视为初步探索，不能直接视为成熟生物墨水。研究结论翻译如下：因此，所开发的方法能够从人骨组织中生产高纯度、理化参数稳定的明胶。获得的明胶样品显示出有利于长期球体存活的软组织刚度特性，使其成为三维生物打印中潜在的前体生物材料。相对较低的粘度/强度可视为减少挤出剪切应力的潜在优势，但该假设需在真实打印条件下通过振荡流变测试和打印后细胞活力评估验证。扩展的振荡流变学和触变性测试将是下一阶段工作的重点。所研究的明胶样品保留胶原多肽链，这对于细胞构建自身细胞外基质可能具有重要意义。为确认hBG中特定非胶原骨蛋白（骨钙素、骨桥蛋白）的保留及其潜在骨诱导活性，下一阶段将计划进行酶联免疫吸附测定（ELISA）和Western blotting。未来在再生医学中的应用需要材料稳定化（交联），随后评估胶原酶降解性。本研究中的hBG明胶未经交联且水溶性，在37°C生理温度下快速溶解，限制了其作为长期支架的直接应用，需开发稳定化策略。后续研究还将包括细胞成骨分化实验、共培养模型（如成软骨细胞与成骨细胞或内皮细胞）以及动物模型（如兔骨软骨缺损模型）的体内评估，并在应用前进行内毒素检测（鲎变形细胞裂解物试验，LAL）和生物负载检测。因此，现阶段hBG应被视为有前景的前体材料，而非即用型生物墨水，其三维生物打印适用性需在完成全套动态流变测试和打印实验后才能最终判定。
