亚洲强入中文字幕乱码_国产剧爱丫爱丫免费观看_成人激情视频网_4480yy私人影院亚洲_有码+日韩+在线观看_美女任你摸在线视频网站_中文字幕日韩精品内射_亚洲sss777无码整片在线播放_中文字幕2019永久免费视频_男生插曲女生app下载迷你世界

研究背景：

針對上述問題，北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科周方、北京市生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心劉海峰團(tuán)隊研究了一種多功能復(fù)合水凝膠（GCPM），通過將聚多巴胺修飾的氧化鈰納米顆粒（CeO?@PDA）和鎂離子（Mg2?）共載于明膠甲基丙烯酰（GelMA）水凝膠中，利用光交聯(lián)技術(shù)制備而成。該水凝膠具有優(yōu)異的抗氧化、抗炎、促成骨和促血管生成能力，能夠改善骨質(zhì)疏松病理微環(huán)境。GCPM水凝膠在體外能有效清除活性氧（ROS）、促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化，并誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2型極化；在體內(nèi)骨質(zhì)疏松大鼠顱骨缺損模型中，顯著加速了新骨形成和血管重建，展現(xiàn)出良好的骨修復(fù)效果與生物相容性。該文章于2025年4月28日以《Multifunctional Nanoparticle Reinforced GelMA Hydrogel for Osteoporotic Pathophysiological Microenvironment Improvement and Bone Defect Regeneration》為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202505063）。

研究示意圖

（1）不同納米顆粒及納米復(fù)合水凝膠的表征分析

通過SEM和TEM分析，所有納米顆粒配方（C、CP和CPM）均表現(xiàn)出均勻的粒徑分布。CeO?納米顆粒表面包裹有一層薄膜（圖1A、B）。PDA和Mg2?在CeO?納米顆粒上的涂層通過FTIR測試（圖1C）。EDS映射圖像顯示Ce、O和Mg元素均勻分布，證明PDA和Mg2?成功包裹在CeO?納米顆粒中形成CPM納米顆粒（圖1D、E）。SEM圖像顯示所有水凝膠均具有互聯(lián)的、均勻的、松散多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，孔徑范圍為100至400μm（圖1F）。

圖1 不同納米顆粒和納米復(fù)合水凝膠的表征。(A) C、CP、CPM納米顆粒的SEM圖像；(B) C、CP、CPM納米顆粒的TEM圖像；(C) C、CP、CPM納米顆粒的FTIR光譜；(D、E) C和CPM納米顆粒的EDS元素圖像；(F) G、GC、GCP和GCPM水凝膠的SEM圖像

（2）不同納米復(fù)合水凝膠的表征

EDS結(jié)果表明，C、N、O和Ce元素均勻分布在GC、GCP和GCPM水凝膠中，而GCPM水凝膠含有鎂元素（圖2A, B）。FTIR分析結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)了C、CP和CPM納米顆粒成功摻入GelMA水凝膠中（圖2C）。水凝膠的親水性通過吸水率檢測（圖2D）進(jìn)行評估，G、GC、GCP和GCPM水凝膠在24小時觀察中表現(xiàn)出良好的親水性。FTIR分析結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)了C、CP和CPM納米顆粒成功摻入GelMA水凝膠中（圖2C）。水凝膠的親水性通過吸水率檢測（圖2D）進(jìn)行評估，G、GC、GCP和GCPM水凝膠在24小時觀察中表現(xiàn)出良好的親水性。力學(xué)性能測試顯示，純GelMA水凝膠（G）壓縮應(yīng)力最低，而含納米粒子水凝膠（GC、GCP、GCPM）壓縮應(yīng)力依次升高，其中GCPM組最高（圖2E,F）。流變學(xué)分析表明所有水凝膠儲能模量（G''）均高于損耗模量（G'），且含納米粒子組G''顯著高于純GelMA組，GCPM組提升最顯著（圖2G-K）。降解實驗顯示純GelMA水凝膠（G）降解速率顯著快于含納米粒子組（GC、GCP、GCPM）（圖2L）。緩釋性能測試表明所有含納米粒子水凝膠均能穩(wěn)定釋放Ce元素，且GCPM組可有效釋放Mg離子（圖2M,N）。

圖2 不同納米復(fù)合水凝膠的表征。（A、B）G、GC、GCP和GCPM水凝膠的EDS圖像；（C）G、GC、GCP和GCPM水凝膠的FTIR譜圖；（D）G、GC、GCP和GCPM水凝膠的動態(tài)膨脹行為；（E、F）不同水凝膠的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線及壓縮模量；（G–K）G、GC、GCP和GCPM水凝膠的流變頻率掃描；（L）G、GC、GCP和GCPM水凝膠的降解速率；（M、N）Ce和Mg的釋放曲線

（3）體外生物相容性評價

圖3A顯示，在所有組別的第1天和第3天，僅觀察到極少數(shù)死細(xì)胞，表明復(fù)合水凝膠具有細(xì)胞友好性。CCK-8結(jié)果（圖3B, C）表明，BMSCs在G、GC、GCP和GCPM水凝膠中的增殖沒有顯著差異。細(xì)胞骨架染色顯示，BMSCs在不同水凝膠中充分鋪展并延伸出觸角（圖3D）。

圖3 體外生物相容性評價。(A) BMSCs在第1天和第3天的活死染色圖像；(B、C) 第1天和第3天的CCK-8分析；(D) 各種納米復(fù)合水凝膠中BMSCs的F-actin和細(xì)胞核免疫熒光圖像

（4）體外ROS清除能力評價

結(jié)果表明，HG組在第1天和第3天的死亡細(xì)胞顯著增加，而HGC、HGCP和HGCPM組的死亡細(xì)胞數(shù)量較少，表明這些水凝膠具有保護(hù)作用（圖4A、B）。CCK-8分析結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)，HG組的細(xì)胞增殖較差，而HGC、HGCP和HGCPM組則顯著改善了細(xì)胞增殖（圖4C、D）。HG組顯示強(qiáng)烈的ROS熒光信號（圖4E），而HGC、HGCP和HGCPM組的ROS信號顯著降低，表明GC、GCP和GCPM水凝膠能有效清除過量的細(xì)胞內(nèi)ROS（圖4E, F, G）。線粒體膜電位（MMP）評估顯示，HG組MMP顯著降低，而GC、GCP和GCPM水凝膠組MMP得到恢復(fù)，表明其能夠通過有效的ROS清除能力誘導(dǎo)線粒體功能的恢復(fù)（圖4H）。

圖4 體外ROS清除能力評估。（A、B）在H?O?處理下，第1天和第3天BMSCs的活死細(xì)胞染色；（C、D）在H?O?處理下，第1天和第3天不同水凝膠的CCK-8分析；（E）BMSCs內(nèi)源性ROS的代表性圖像；（F、G）流式細(xì)胞術(shù)分析BMSCs內(nèi)源性ROS的圖像；（H）通過JC-1染色確定的BMSCs的線粒體膜電位（MMP）

（5）體外成骨評價

ALP染色結(jié)果表明，氧化應(yīng)激顯著抑制BMSCs的早期成骨分化能力，但HGC、HGCP和HGCPM組的抑制作用明顯減弱（圖5A）。ARS染色結(jié)果與ALP染色結(jié)果一致，表明HGC、HGCP和HGCPM組促進(jìn)了晚期成骨分化（圖5B）。ALP活性和半定量ARS分析也證實了HGC、HGCP和HGCPM組促進(jìn)骨分化的能力（圖5C, D）。qPCR和免疫熒光染色結(jié)果顯示，氧化應(yīng)激顯著抑制成骨相關(guān)基因的表達(dá)（圖5E-L）和成骨相關(guān)蛋白的表達(dá)（圖5M-R），而GC、GCP和GCPM水凝膠可以緩解這種抑制作用，并顯著增強(qiáng)成骨分化相關(guān)基因和蛋白的表達(dá)，其中GCPM組表現(xiàn)出最強(qiáng)的成骨分化潛力。

圖5 體外成骨能力評估。（A）第14天ALP染色的代表性圖像；（B）第21天ARS染色的代表性圖像；（C）第14天BMSCs的ALP活性；（D）ARS染色定量分析鈣沉積；（E–H）第3天BMSCs成骨相關(guān)基因（Col 1、Runx-2、ALP和OCN）表達(dá)；（I–L）第5天BMSCs成骨相關(guān)基因（Col 1、Runx-2、ALP和OCN）表達(dá)；（M–R）BMSCs的免疫熒光強(qiáng)度半定量分析及Col 1、Runx-2和OCN的代表性免疫熒光染色圖像

圖6 體外免疫調(diào)節(jié)能力評估。（A–C）RAW264.7細(xì)胞M1極化相關(guān)標(biāo)志物及促炎細(xì)胞因子mRNA表達(dá)（iNOS、TNF-α和IL-6）；（D、E）RAW264.7細(xì)胞M2極化相關(guān)標(biāo)志物及抗炎細(xì)胞因子mRNA表達(dá)（CD206和IL-10）；（F–H）RAW264.7細(xì)胞中TNF-α、IL-6和IL-10的ELISA檢測結(jié)果；（I、J）RAW264.7細(xì)胞M1和M2極化標(biāo)志物的免疫熒光染色圖像

（7）體外血管生成評價

GCPM組的細(xì)胞遷移水平最高，傷口愈合顯著增強(qiáng)（圖7A、B）。轉(zhuǎn)移實驗結(jié)果顯示，GCPM組HUVECs的遷移數(shù)量明顯高于其他組（圖7C、D）。管形成實驗結(jié)果顯示，GCPM組形成的毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)更為完善（圖7E、F），表明GCPM水凝膠具有優(yōu)越的血管生成生物學(xué)效應(yīng)。qPCR結(jié)果表明，VEGFR2、VEGF和HIF-1α在GCPM組中顯著表達(dá)（圖7G-L）。免疫熒光染色顯示，GCPM組中VEGFR2和HIF-1α的免疫熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)（圖7M-P）。

圖7 體外血管生成能力評估。（A）血管內(nèi)皮細(xì)胞劃痕實驗圖像；（B）劃痕實驗的定量分析；（C）Transwell實驗的代表性圖像；（D）Transwell實驗的定量分析；（E）管形成實驗的代表性圖像；（F）管形成結(jié)構(gòu)的定量分析；（G–I）HUVECs在第1天的血管生成相關(guān)基因表達(dá)；（J–L）HUVECs在第3天的血管生成相關(guān)基因表達(dá)；（M–P）免疫熒光染色的半定量分析及代表性圖像

（8）體內(nèi)新骨形成評價

為評估納米復(fù)合水凝膠在骨質(zhì)疏松骨缺損中的骨再生能力，研究建立了C57BL/6小鼠雙側(cè)卵巢切除術(shù)的穩(wěn)定骨質(zhì)疏松模型（圖8A）。卵巢切除術(shù)導(dǎo)致體重減輕（圖8B），且第8周時，OVX組的子宮重量顯著低于假手術(shù)組（圖8C）。OVX組股骨骨礦物質(zhì)密度降低，骨小梁稀疏且不連續(xù)（圖8D）。HE染色和TRAP染色結(jié)果表明，成功建立了小鼠骨質(zhì)疏松模型（圖8E, F）。3D重建、矢狀位和冠狀位視圖顯示（圖8G），與OVX組相比，假手術(shù)組具有更多的新骨組織，表明在骨質(zhì)疏松條件下骨修復(fù)能力受損。

圖8 體內(nèi)新生骨形成評估。(A) 骨質(zhì)疏松建模及納米復(fù)合水凝膠體內(nèi)成骨示意圖；(B) 雙側(cè)卵巢切除術(shù)后小鼠體重變化；(C) 雙側(cè)卵巢切除術(shù)后子宮重量；(D) 股骨遠(yuǎn)端骨質(zhì)疏松代表性Micro-CT圖像；(E) 股骨遠(yuǎn)端H&E染色代表性圖像；(F) 股骨遠(yuǎn)端TRAP染色代表性圖像；(G) 愈合骨缺損周圍新生骨的Micro-CT圖像三維重建和切面代表性圖像；(H,I) 再生骨組織BV和BV/TV的定量分析

（9）體內(nèi)新骨形成評價

OVX組在骨缺損邊緣觀察到最少的新骨組織，表明骨質(zhì)疏松條件下骨修復(fù)能力差（圖9A）。Masson三色染色結(jié)果表明，OVX組在缺損區(qū)域有少量膠原纖維和纖維組織，而GC、GCP和GCPM組的缺損區(qū)域充滿了膠原纖維和新骨組織（圖9B）。IHC染色用于研究納米復(fù)合水凝膠在骨質(zhì)疏松骨修復(fù)中的成骨和血管生成作用。OVX組的Col 1和OCN表達(dá)最低（圖9C, D）。GC、GCP和GCPM組觀察到Col 1和OCN表達(dá)顯著增加。與GC和GCP組相比，GCPM組的Col 1和OCN表達(dá)有所降低。CD31染色結(jié)果表明，GCPM組的CD31陽性細(xì)胞數(shù)量明顯高于其他組（圖10A）。H&E染色結(jié)果表明，所有組的小鼠在術(shù)后8周內(nèi)狀況良好，GC、GCP和GCPM組均具有良好的體內(nèi)生物相容性（圖10B）。

圖9 體內(nèi)新骨形成評估。（A）骨缺損區(qū)域的H&E染色代表性圖像；（B）骨缺損區(qū)域的Masson三染色代表性圖像；（C）Col 1免疫組化染色代表性圖像；（D）OCN免疫組化染色代表性圖像

圖10 體內(nèi)新生骨形成評估。(A) CD31免疫組織化學(xué)染色代表性圖像；(B) 包括心臟、肝臟、脾臟、肺和腎臟在內(nèi)的主要器官的H&E染色代表性圖像