文獻(xiàn)導(dǎo)讀

2020年11月27日，來(lái)自四川大學(xué)趙長(zhǎng)生教授及其團(tuán)隊(duì)在“Advanced functional materials”上發(fā)表了題為“A Hierarchical Janus Nanofifibrous Membrane Combining Direct Osteogenesis and Osteoimmunomodulatory Functions for Advanced Bone Regeneration”的文章。該文章設(shè)計(jì)了一種Janus引導(dǎo)骨再生膜可以用于骨缺損的治療。

研究介紹

       引導(dǎo)骨再生（GBR）技術(shù)已越來(lái)越多地用作牙周或骨缺損治療的標(biāo)準(zhǔn)程序。作為GBR技術(shù)中的關(guān)鍵醫(yī)療器械，可生物降解GBR膜（GBRM）的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需進(jìn)行二次手術(shù)就可以去除。但是，目前這類(lèi)膜也存在問(wèn)題。對(duì)于聚酯材料GBRM，因具有不良的細(xì)胞反應(yīng)和降解產(chǎn)物，會(huì)損害膜的再生性能。對(duì)于組織膠原蛋白GBRM，因其較快的講解速度和較差的機(jī)械強(qiáng)度可能會(huì)導(dǎo)致膜塌陷，損害再生效果。Janus因其可以不對(duì)稱(chēng)地調(diào)整每個(gè)面地形態(tài)結(jié)構(gòu)、組成和生物活性，已被廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)先進(jìn)的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。因此，作者通過(guò)有序分層的靜電紡絲技術(shù)設(shè)計(jì)并制造了Janus GBRM（JGM）。

       首先，作者制備了JGM，并通過(guò)調(diào)整靜電紡絲參數(shù)，精確控制個(gè)表面的組成、結(jié)構(gòu)和生物活性。負(fù)載羥基磷灰石（HAP）的無(wú)規(guī)明膠纖維(GEL)被設(shè)計(jì)為內(nèi)表面，以促進(jìn)成骨細(xì)胞的粘附，增殖和成骨分化。同時(shí)負(fù)載（甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨-co-2-氨基丙烯酸2-甲基丙烯酸酯鹽酸鹽）（P（DMC-AMA））的聚己內(nèi)酯（PCL）納米纖維作為外層，用于抵抗上皮細(xì)胞入侵和細(xì)菌感染。兩個(gè)功能面之間，作者也構(gòu)造了內(nèi)部分層結(jié)構(gòu)，從內(nèi)表面到外表面，GEL含量逐漸減少，PCL含量逐漸增加。外層的PCL納米纖維對(duì)齊堆疊，以改善膜的阻隔功能。體外實(shí)驗(yàn)顯示，內(nèi)表面顯示出增強(qiáng)的成骨作用，同時(shí)外表面可調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞沿對(duì)齊方向擴(kuò)散并殺死接觸的細(xì)菌。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期培養(yǎng)，細(xì)胞會(huì)沿著JGM表面生長(zhǎng)，而不是滲透到膜的內(nèi)部。

       其次，作者評(píng)估了JGM內(nèi)表面成骨、抗菌和骨免疫調(diào)節(jié)功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，JFM組的細(xì)胞可以持續(xù)增殖并且細(xì)胞數(shù)量大于對(duì)照組，細(xì)胞在表面分布良好。在培養(yǎng)過(guò)程中，JGM組的細(xì)胞增殖深度隨時(shí)間不斷增加，這表明納米纖維可以支持成骨細(xì)胞向內(nèi)生長(zhǎng)。作者將膜與金黃色葡萄球菌和大腸桿菌分別培養(yǎng)3、6、9h，然后使用CFU計(jì)數(shù)方法評(píng)估其抗菌效率。結(jié)果表明，與JGM共培養(yǎng)的兩種細(xì)菌的存活率均隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。JGM的外表面可刺激巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)镸2表型，從而導(dǎo)致抗炎細(xì)胞因子的分泌增多，促進(jìn)愈合的細(xì)胞因子。在膜上培養(yǎng)hBMSC后發(fā)現(xiàn)，ALP、BMP2基因表達(dá)在JGM組中表達(dá)高。因此，JGM可以滿(mǎn)足屏障，成骨，抗菌和骨免疫調(diào)節(jié)功能等要求。

       最后，作者使用兔顱骨缺損模型對(duì)JGM進(jìn)行了評(píng)估，并選擇商業(yè)化的Bio-Gide膜進(jìn)行比較。植入8周后，JGM組的缺損處有大量的再生骨，而對(duì)照組仍有明顯缺損。JGM組新形成的古銅均勻的分布在膜覆蓋處，而對(duì)照組的缺損邊緣僅在周?chē)a(chǎn)生少量新骨頭。并且，與Bio-Gide組相比，JGM組顯示出更好的骨修復(fù)能力。將納米纖維膜植入大鼠背部的皮膚與肌肉之間，可以觀察到JGM有良好的生物相容性和抗炎作用。

       這些結(jié)果都表明，這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)多功能膜/支架提供了一個(gè)新的，并在應(yīng)用前景上表現(xiàn)出巨大潛力。