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  骨質(zhì)疏松狀態(tài)下髓腔內(nèi)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（OP-BMSCs）隨著年齡的增長而數(shù)量減少，并表現(xiàn)出功能的退行性變，包括增殖能力下降，成骨、成血管分化能力降低和成脂肪分化能力增加。研究顯示OP-BMSCs自噬水平較健康來源的BMSCs低下?lián)p害了骨質(zhì)疏松環(huán)境下的骨整合。近期，吉林大學(xué)第二醫(yī)院王金成教授與吉林大學(xué)化學(xué)院林權(quán)教授團(tuán)隊合作開發(fā)具有自噬調(diào)節(jié)功能的生物活性骨科植入物。在這里，設(shè)計了一類新型多功能水凝膠集成 3D 打印生物活性假體界面，用于骨質(zhì)疏松癥的原位骨整合。水凝膠由合成聚合物、天然聚合物、銀納米線的動態(tài)交聯(lián)制成，以封裝自噬激活劑的雷帕霉素（圖1）。

圖1. 3D打印生物活性假體界面的制備及其對OP-BMSCs的自噬和細(xì)胞命運調(diào)節(jié)，從而促進(jìn)骨質(zhì)疏松體內(nèi)假體界面骨整合。

  所得到的生物活性假體界面具有抗菌能力、生物相容性、降解性、導(dǎo)電性、自愈性和多重刺激響應(yīng)能力（圖2、3）。體外實驗表明，水凝膠復(fù)合的 3D 打印生物活性假體界面可以通過上調(diào)自噬水平來恢復(fù) OP-BMSCs 下降的細(xì)胞活性，具體表現(xiàn)為提高細(xì)胞活性和增殖能力，促進(jìn)成骨分化，抑制成脂分化（圖4、5）。并對金黃色葡萄球菌和 MRSA 顯示出優(yōu)異的抗菌活性。體內(nèi)研究顯示，該多功能 3D 打印的生物活性假體界面顯著改善了體內(nèi)骨質(zhì)疏松環(huán)境中的界面骨整合（圖6、7），并抑制了潛在的感染（圖8）。

圖2.水凝膠具有良好的自愈合、導(dǎo)電性、多重生物響應(yīng)性能。

圖3. 3D打印生物活性假體界面構(gòu)建，具有良好的生物相容性，細(xì)胞骨架的形態(tài)，提高細(xì)胞活性和增殖能力。

圖4. 3D打印生物活性假體界面促進(jìn)OP-BMSCs成骨分化，抑制成脂分化。

圖5. 3D打印生物活性假體界面激活OP-BMSCs自噬，并保持通路順暢。

圖6. 3D打印生物活性假體界面促進(jìn)骨質(zhì)疏松體內(nèi)假體界面骨整合，加速骨形成，并增加假體周圍組織力學(xué)強度，有利于減少假體松動、假體周圍骨折等并發(fā)癥的發(fā)生。

圖7. 3D打印生物活性假體界面周圍骨組織中成骨標(biāo)記物上調(diào)，破骨相關(guān)標(biāo)記物抑制，這可能是通過激活假體周圍組織細(xì)胞的自噬實現(xiàn)的。

圖8. 3D打印生物活性假體界面抑制假體周圍細(xì)菌感染，形成良好的骨整合界面。

  該工作以“Engineering Multifunctional Hydrogel-Integrated 3D Printed Bioactive Prosthetic Interfaces for Osteoporotic Osseointegration”為題發(fā)表在《Advanced Healthcare Materials》上，文章第一作者吉林大學(xué)第二醫(yī)院李祖浩博士，共同第一作者吉林大學(xué)化學(xué)院趙月博士；吉林大學(xué)第二醫(yī)院王金成教授、劉賀教授，與吉林大學(xué)化學(xué)院林權(quán)教授為共同通訊作者。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202102535