骨髓间充质干细胞外泌体的凝胶封装技术【AbMole】-优快云博客

骨骼，作为人体的支架，不仅支撑着我们的身躯，更参与着复杂的生理活动。然而，创伤、肿瘤切除或感染等极端情况导致的大段骨缺损，常常超出骨骼自身的修复能力，亟需临床干预。传统的自体骨移植虽被视为金标准，但骨量有限、供区并发症等问题限制了其应用。尤其对于骨质疏松患者，效果更是大打折扣。幸运的是，骨组织工程（BTE）的迅猛发展，为治疗大段骨缺损提供了新希望。

在BTE的广阔天地里，种子细胞、支架材料与成骨活性因子是构建组织工程骨的三大支柱。骨髓间充质干细胞（hBMSCs）因其多向分化潜能，成为种子细胞中的佼佼者。然而，hBMSCs的移植面临免疫排斥、畸胎瘤形成等风险，且细胞分化方向的不确定性也令人头疼。相比之下，无细胞支架因能避免免疫排斥、降低细胞培养复杂度而备受瞩目。

近年来，科学家们发现，hBMSCs的治疗效益主要归功于其分泌的生物活性因子与外泌体。外泌体，这些直径仅40-150纳米的微小囊泡，内含丰富的蛋白质、脂质与核酸，是细胞间通信的重要媒介。它们能安全有效地调节受体细胞表型，促进骨组织修复，成为细胞疗法的理想替代品。然而，自然提取的外泌体活性低、非选择性递送等问题，限制了其在骨组织修复中的应用。因此，获取具有成骨功能的外泌体，并实现其在骨缺损部位的持续释放，成为BTE领域的关键挑战。

探索：研究方法的奇妙之旅

在这场科学探险中，研究团队采用了一种巧妙的方法：首先，通过体外成骨预分化诱导hBMSCs，随后利用超离心技术提取外泌体。这些“骨功能化”的外泌体被封装在GelMA水凝胶中，构建出一种复合支架。GelMA水凝胶，以其优异的机械性能、生物相容性和三维结构，成为外泌体的理想载体。

外泌体的提取与表征

研究团队选取传代至第三代的hBMSCs，待其达到70%融合度后，替换为基础培养基进行成骨分化诱导。经过10天的诱导，收集培养基上清液，通过一系列离心与过滤步骤，最终获得超纯的外泌体。透射电镜（TEM）下，这些外泌体呈现出完整的球形纳米囊泡结构，直径约80-150纳米。纳米颗粒追踪分析（NTA）进一步证实了外泌体的高浓度与均匀粒径分布。

水凝胶的合成与封装

GelMA水凝胶的合成则是一场化学与生物学的完美融合。通过甲基丙烯酸酐对明胶进行修饰，赋予其光敏性，使其在紫外光照射下迅速交联固化。而外泌体的封装，则是在GelMA预聚物溶液中加入外泌体，通过紫外光交联形成复合水凝胶。这种复合支架不仅具有出色的机械强度，还能实现外泌体的持续释放。

实验：揭开骨再生与免疫调节的神秘面纱

骨再生能力的评估

为了验证复合水凝胶的骨再生能力，研究团队进行了一系列实验。首先，通过碱性磷酸酶（ALP）染色与活性测定，发现成骨预分化的外泌体（o-Exo）显著增强了hBMSCs的成骨分化。ALP作为成骨早期活性的重要指标，其活性在o-Exo@Gel组中显著高于未分化外泌体（h-Exo）组。此外，茜素红S（ARS）染色与定量分析也显示，o-Exo@Gel组在体外成骨诱导两周后，细胞外基质矿化程度更高，进一步证实了其优异的成骨诱导性能。

血管生成能力的探索

骨骼是高度血管化的组织，血管生成与成骨的协同作用对骨再生至关重要。研究团队通过迁移实验与管腔形成实验，评估了外泌体对人脐静脉内皮细胞（HUVECs）血管生成能力的影响。结果显示，o-Exo@Gel组显著促进了HUVECs的迁移与管腔形成，表明成骨预分化的外泌体不仅能促进成骨，还能诱导血管生成，为骨再生提供必要的营养与氧气。

免疫调节机制的揭秘

免疫调节是骨再生过程中不可忽视的一环。研究团队利用脂多糖（LPS）刺激小鼠单核巨噬细胞系（Raw264.7），模拟体内炎症微环境，评估外泌体对巨噬细胞极化的影响。荧光染色与流式细胞术分析显示，o-Exo@Gel与h-Exo@Gel均能显著促进巨噬细胞从促炎的M1表型向抗炎的M2表型转化。值得注意的是，miR-18a-5p在这一过程中发挥了关键作用。通过靶向ATM基因，miR-18a-5p激活了p53信号通路，减少了DNA氧化损伤，从而促进了巨噬细胞的M2极化，为骨再生创造了一个有利的免疫微环境。