可注射羟基磷灰石和磷酸四钙颗粒联合自体骨髓浓缩物：迈向形状自适应、单步骨再生

《Journal of Functional Biomaterials》：Injectable Hydroxyapatite and Tetracalcium Phosphate Granules Combined with Autologous Bone Marrow Concentrate: Toward Shape-Adaptive, Single-Step Bone Regeneration

　　

背景：可注射骨移植替代物通过适应不规则骨缺损，同时保留骨传导特性，为预成型陶瓷支架提供了一种实用的替代方案。本研究在标准化绵羊骨缺损模型中评估了羟基磷灰石/磷酸四钙（HA/TTCP）颗粒（未涂层或藻酸盐涂层，含或不含自体绵羊骨髓浓缩物（oBMC））的体内性能。方法：研究人员对oBMC的细胞组成、活力和回收率进行了表征。在植入后6周和12周，通过微型计算机断层扫描和组织形态计量学对HA/TTCP制剂进行了评估。结果：未涂层的HA/TTCP颗粒促进了骨形成，并与宿主骨整合。藻酸盐涂层改善了可注射性和操作性，但影响了颗粒的组织和降解。未涂层的HA/TTCP + oBMC比涂层制剂表现出更有利的反应，在12周时骨-种植体接触率（p = 0.004）和骨体积（p = 0.031）更高。在HA/TTCP + oBMC组中，从6周到12周观察到种植体周围骨体积适度增加，但在考虑聚类后这一差异未保持统计学显著性。与无细胞制剂相比，未观察到oBMC的直接显著效应。结论：可注射的HA/TTCP颗粒 + oBMC代表了一种有前景的不规则骨缺损单步策略，尽管需要进一步优化涂层，以在最大化操作优势的同时保持生物学性能。

陶瓷材料在骨科领域应用已超过五十年，以磷酸钙（CaP）为基础的生物陶瓷，如β-磷酸三钙（β-TCP）和羟基磷灰石（HA），凭借与骨组织中无机成分的高度相似性，表现出良好的生物相容性、骨传导性和骨诱导性。这类材料在降解过程中释放的钙（Ca²⁺）和磷酸根（PO₄^3?）离子可刺激成骨细胞分化、促进羟基磷灰石沉淀和骨矿化。然而，陶瓷固有的脆性使其在承重区域的应用受限，且降解速率必须与骨再生进程严格匹配。可注射陶瓷颗粒能够通过注射方式填充不规则骨缺损，避免预成型支架需要术中塑形的缺点，但要求材料具备足够的凝聚力，以防止颗粒在注射和植入后分散。藻酸盐作为一种天然多糖，因良好的生物相容性和低毒性，常被用于改善陶瓷颗粒的可注射性和操作性能。然而，涂层可能同时改变颗粒的生物学行为。因此，本研究旨在评估由HA和磷酸四钙（TTCP）组成的颗粒，在未涂层和藻酸盐涂层两种形式下，联合或不联合自体绵羊骨髓浓缩物（oBMC），在绵羊标准骨缺损模型中的体内骨再生效果。

研究人员将四种制剂（HA/TTCP、凝胶涂层HA/TTCP、HA/TTCP+oBMC、凝胶涂层HA/TTCP+oBMC）植入8只杂交绵羊（Pancaldi Raffaele，Budrio，Bologna，Italy）的胫骨近端和股骨髁的8 mm×10 mm缺损中，分别在6周和12周后通过微型计算机断层扫描（micro-CT）和组织形态计量学评估骨形成和材料整合情况。结果显示，未涂层HA/TTCP颗粒促进骨形成并与宿主骨整合；加入oBMC后，未涂层组的骨-植入物接触率（BIC%）和骨体积分数（BV/TV）在12周时显著高于对应的凝胶涂层组，而凝胶涂层虽改善了挤出性和操作性，但影响了颗粒的排列和降解，并可能削弱了oBMC的促骨作用。该研究证实，可注射HA/TTCP颗粒联合oBMC是一种可行、有前景的单步式不规则骨缺损修复策略。该成果发表于《Journal of Functional Biomaterials》。

该研究采用的关键技术方法包括：从8只绵羊双侧髂嵴采集骨髓，利用RSQ-60系统（Thermogenesis）和IOR-G1装置（Novagenit Srl）制备oBMC；将未涂层或藻酸盐涂层HA/TTCP颗粒（Eurocoating SpA，现Lincotek Medical；直径300–600 μm，HA:TTCP=60:40）与oBMC或对照液混合后注入骨缺损；采用micro-CT（Skyscan 1172）评估颗粒直径和分布；通过组织学和组织形态计量学测量BIC%、BV/TV、材料体积分数（Mat.V/TV）；利用动态组织形态计量学评估矿物沉积率（MAR）和矿化表面（MS/BS）；并通过细胞培养和集落形成单位（CFU）测定对oBM和oBMC进行细胞学评估。样本分配在6周组因骨髓采集限制而不平衡，12周组完全平衡。

手术过程方面，所有手术均无并发症。凝胶涂层HA/TTCP颗粒更均匀且更易挤出，而未涂层HA/TTCP颗粒需要更高挤出压力，且观察到颗粒向缺损外分散。动物术后恢复良好，无炎症、感染或瘢痕形成。

MSC培养与CFU分析方面，从绵羊骨髓（oBM）和oBMC中分离的间充质干细胞（MSCs）具有相似的倍增时间和累积群体倍增数，表明浓缩过程未损害MSC质量。但oBMC中MSC数量（集落/百万有核细胞）显著高于oBM（p < 0.05），增加了3.8倍。

μCT分析方面，两种材料在6周和12周时均存在，凝胶涂层颗粒分布更分散。形态学分析显示HA/TTCP颗粒具有更均匀的粒径分布；凝胶涂层+oBMC组颗粒更小、更球形，提示该制剂降解或碎裂程度更高。

组织学与组织形态计量学分析方面，所有制剂均显示新骨形成，无不良反应。未涂层HA/TTCP颗粒保持高填充密度，新骨围绕颗粒生长并与周边骨小梁连续。凝胶涂层组颗粒间距较大，骨小梁主要位于颗粒间中央区域和缺损边缘。动态组织形态计量学显示所有样本均有双荧光标记，表明活跃的骨矿化。12周时，HA/TTCP+oBMC组的BIC%和BV/TV均显著高于凝胶涂层+oBMC组（p = 0.029），且HA/TTCP+oBMC组从6周到12周的骨体积呈增加趋势（p = 0.057）；MS/BS值在6周时略高于12周，但差异未达统计学显著。考虑动物内聚类效应的敏感性分析确认了12周时的主要发现，但时间趋势未保持显著。

讨论部分指出，藻酸盐涂层虽然提高了可注射性和操作性，但也可能通过增加孔隙率、改变微环境和掩蔽陶瓷表面活性基团而加速材料降解，从而减弱成骨反应。未涂层材料与oBMC联合时，细胞能够更有效地发挥其成骨和旁分泌作用。未来的改进方向包括对藻酸盐进行生物活性功能化（如RGD肽修饰）、加入骨诱导性纳米颗粒或生长因子，以在不牺牲操作性的前提下增强生物学性能。研究也存在样本量有限、6周时分配不平衡等局限性，但敏感性分析支持主要结论。延长随访、增加样本量和免疫组化分析将有助于进一步验证。

结论部分可概括为：该研究证实了基于HA/TTCP的陶瓷颗粒在绵羊