近期，中山大学附属口腔医院王伟财团队和附属第一医院邹学农团队在科爱出版社创办的期刊 Bioactive Materials 上联合发表研究论文，报道了一种具有剪切稀化与自修复特性的可注射原位成型双网络水凝胶，并通过负载成骨及成血管的活性双肽协同提高骨缺损修复再生的效果，为不规则骨缺损的结构自适应及原位再生的治疗策略提供了新的思路。

肿瘤、外伤、慢性炎症等多种因素均易造不同程度的不规则骨缺损。自体骨骨移植术作为治疗骨缺损“金标准”已沿用超过半个多世纪，而随着材料科学的不断发展，骨修复材料的选择也日趋多样化，并在体内外研究中取得了良好的效果。但目前大多数骨修复材料均需要在体外预制成特定的形状后再植入体内，故要求术前明确骨缺损的大小和形状或将缺损修整为特定形态，且植入时往往需要较大范围的手术暴露，这对术者技术要求高且可能影响术区的愈合，增加了其临床的应用难度。通过注射器将材料微创植入到目标部位，通过原位成型技术充分填充骨缺损区域，能够很好的适应不规则的骨缺损，最大限度减少手术暴露，减轻病人痛苦、降低感染的可能性。因此，构建可注射、易操作、结构自适应性良好的骨修复材料在骨缺损治疗中有重要的临床意义。

水凝胶（Hydrogel）具有较高的含水性、良好的生物相容性及类似细胞外基质等特点，不仅有利于物质交换，还能为细胞提供良好的支撑和生长环境，故在组织工程中具有先天的优势，是可注射骨修复材料的有力候选。而通过可逆的动态交联构建具有自修复和剪切稀化特性的水凝胶是制备可注射原位成型水凝胶的新策略。

通过模拟自然骨修复过程，递送具有成骨及成血管活性的外源生长因子，可有效促进血管生成与新骨形成，显著提升骨修复的效果。骨形成蛋白（BMPs）和血管内皮生长因子（VEGF）在骨修复过程中的协同作用已得到广泛的验证。然而，生长因子作为活性蛋白，存在易失活、不稳定、作用短效，价格昂贵及潜在免疫排斥性等缺点，在临床中的应用仍然受限。生物活性肽被认为是蛋白类药物的有效替代，并随着多肽合成技术的发展和成熟逐渐成为药物研发的热点。近年来，有关具有成骨及成血管活性多肽的研究正逐年增加，并取得了良好的效果。

针对不规则骨缺损修复的临床需求及现有骨修复材料不足，本研究采用甲基丙烯酰化明胶（GelMA）与氧化葡聚糖（ODex），构建具有剪切稀化及自修复特性的可注射水凝胶（GMO水凝胶），并将BMP2来源的活性肽KP与VEGF来源的活性肽QK负载于其中，通过体内外实验明确其理化性能及成骨/成血管效果，为不规则骨缺损的原位再生治疗提供一种微创、稳定、高效的新思路。

研究结果显示，甲基丙烯酰化明胶（GelMA）与氧化葡聚糖（ODex）间可通过席夫碱反应成胶（GMO水凝胶），其能轻易通过26G注射器针头进行注射，在注射后能迅速恢复固态而不扩散，显示出优异的可注射性能，并表现典型的剪切稀化行为与自修复特性。405 nm蓝光照射后则可明显增强GMO水凝胶的力学性能，以更好满足后续骨再生的需要。同时，BMP2来源的活性肽KP与VEGF来源的活性肽QK可通过席夫碱反应进一步负载与GMO水凝胶上，并显示出良好的缓释效果（图1-2）。

进一步的研究结果显示，BMSCs与HUVECs在单纯GMO水凝胶及负载KP和（或）QK的GMO水凝胶上均粘附、铺展、增殖良好，GMO水凝胶表现出优良的细胞相容性（图3）。

体外研究结果显示，负载KP的GMO水凝胶可提高BMSCs的碱性磷酸酶活性，增加成骨相关基因与蛋白的表达，促进细胞外基质矿化，具有良好的成骨活性；负载 QK的GMO水凝胶可促进HUVECs的增殖、迁移、管腔形成，激活成血管相关通路及提高成血管相关基因的表达，具有良好的成血管活性（图4-5）。

体内研究结果表明，负载KP和QK的GMO水凝胶可明显增加大鼠颅骨缺损区胶原纤维含量、矿化组织密度及新生血管数量，协同提升骨修复再生的效果（图6-7）。

综上所述，GMO水凝胶可有效负载具有成骨活性的KP及成血管活性的QK，具有良好的骨诱导活性、血管诱生活性、微创植入性及结构自适应性，可为不规则骨缺损的原位再生治疗提供一微创、简便、高效的新策略。

中山大学光华口腔医学院2022级博士研究生，主要研究方向为新型水凝胶材料在颅颌面骨修复再生中的应用。

中山大学附属口腔医院副主任医师，硕士研究生导师，主要研究方向为细胞命运调控机制与骨修复再生，主持国家自然基金项目1项、中国科协青年人才托举工程项目1项、省部级科研项目3项，发表第一/通讯作者SCI论文10余篇。

南方医科大学珠江医院博士后，主要从事智能生物材料的构建制备及其生物学效应研究，发表SCI论文20余篇。

中山大学附属第一医院脊柱外科教授、主任医师、研究员，丹麦医学博士。现任骨科研究所所长，广东省骨科学重点实验室主任。国际骨科研究联合会ICORS首批终身会士（Fellow），兼任中国老年学和老年医学学会骨质疏松分会创新与转化医学专委会副主任委员，中国生物材料学会智能仿生生物材料分会副主任委员、医用金属材料分会及再生医学材料分会常务委员等。从事骨关节疾病和生物材料、干细胞与再生医学相关的基础研究、关键技术及产品研发，在国际上率先提出并验证了表观遗传学机制是生物材料与机体相互作用的重要调节方式这一科学假说，取得了系列创新性研究成果。

中山大学附属口腔医院副主任医师，硕士研究生导师。现任中华口腔医学会口腔正畸专业委员会青年委员，中华口腔医学会口腔遗传病与罕见病专业委员会青年委员，广东省口腔医学会口腔正畸专业委员会委员、秘书，广东省精准医学应用学会咬合颞下颌疾病分会常务委员，中华口腔医学研究杂志（电子版）青年编委。主要研究方向为颅颌面骨组织再生与修复的研究。主持国家自然基金项目1项，省部级科研项目４项，发表第一/通讯作者SCI论文10余篇。

该研究获国家自然科学基金（32071341, 82001005, 81600824, 52003302）、广东省自然科学基金（2018A030310278, 2019A1515011935, 2017A030308004）、广州市科技计划项目（201804010459, 201804020011）及中国博士后科学基金（2021M691464）的支持。

Runze Li*, Chen Zhou*, Jun Chen*#, Haotian Luo, Ruoyu Li, Danying Chen, Xuenong Zou#, Weicai Wang#. 

Synergistic osteogenic and angiogenic effects of KP and QK peptides incorporated with an injectable and self-healing hydrogel for efficient bone regeneration.

Bioactive Materials, 18, (2022) 267-283.

点击阅读原文，查看文章详情