文獻信息

近日，四川大學高分子科學與工程學院，高分子材料工程國家重點實驗室和四川大學華西口腔醫院口腔疾病國家臨床研究中心，口腔疾病研究國家重點實驗室團隊合作的研究成果“Self-Adaptive Antibacterial Scaffold with Programmed Delivery of Osteogenic Peptide and Lysozyme for Infected Bone Defect Treatment(程序化輸送成骨肽和溶菌酶的自適應抗菌支架用于感染性骨缺損治療)在雜志ACS Applied Materials & Interfaces(IF:10.383)上發表。平生公司的桌面型離體Micro CT(VENUS)在論文中提供了重要的大鼠顱骨圖像和定量分析。
 

該研究的通訊作者李建樹教授和袁泉教授，第一作者為申璐璇和曹叔琴。

文獻摘要

疾病或外傷引起的骨缺損常伴有感染，嚴重破壞缺損部位骨組織的正常功能。能夠同時減少炎癥和促進成骨的生物材料是解決這一問題的有效工具。在本研究中，作者建立了基于殼聚糖支架的程序化傳遞平臺，以增強其成骨活性并預防植入物相關感染。簡而言之，成骨肽序列(YGFGG)被修飾到豇豆綠斑病毒(CCMV)表面，形成CCMV-YGFGG納米顆粒。CCMV-YGFGG具有良好的生物相容性和體外成骨能力。然后，將CCMVYGFGG和溶菌酶加載在殼聚糖支架上，顯示出良好的抗菌效果，促進骨再生，用于感染骨缺損的治療。作為釋放平臺，該支架可階段性釋放溶菌酶和CCMV-YGFGG，促進感染骨缺損的再生。作者的研究為感染性骨缺損的治療提供了一種新的和有前景的策略。

實驗方法

體內抗菌實驗

第二次手術后4天，從缺損處取2×1mm²面積的肉芽組織進行微生物檢查。樣品在10mL無菌生理鹽水中均質5分鐘。然后，將100μL溶液接種在瓊脂板上，在37°C生化培養箱中培養24小時，進行活菌計數。從各組另一缺陷處1×1mm²的肌節組織中提取RNA。總RNA用TRIzol試劑提取。如前所述，進行定量RT-PCR。為每個靶基因設計的引物列在表S2中。

體內骨再生

8周后收集顱骨，從顱骨上剝離顱帽，用4%多聚甲醛固定。微計算機斷層掃描(CT;4周后行Venus Micro-CT (VNC-102, China)對重建顱骨形態進行評價。分辨率設置為20μm。三維(3D)圖像從整個和縱剖面獲得。形態計量學數據，包括骨密度(BMD)、新生兒骨體積(BV)、骨體積/總體積(BV/TV)、骨表面積/骨體積(BS/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)，使用制造商提供的軟件進行分析和比較，以評估不同組之間的成骨變化。

實驗結果

體內抗感染實驗

Micro-CT圖像(圖5B)顯示感染骨缺損邊緣不規則，缺損周圍有一些空化，如骨侵蝕。相比之下，未植入MRSA的骨缺損具有規則的形狀和光滑的表面，這些結果表明作者成功地建立了感染性顱骨缺損模型。

Figure 5.大鼠感染性顱骨缺損的產生和體內評估。B)細菌植入1周后感染和未感染骨缺損的Micro-CT圖像

體內骨再生

采用3D Micro-CT重建分析對骨再生的影響，如圖6A所示。8周后，空白組和殼聚糖支架單獨植入組均未發現明顯的新骨，說明自體骨無法修復感染骨缺損，需要外部干預促進骨組織再生。正如預期的那樣，在提供抗菌環境的條件下，貢獻骨具有更好的效果。溶菌酶抑制細菌生長，為成骨提供適宜的環境。更重要的是，CCMV修飾的成骨肽具有更好的、更持久的調節骨再生的能力只有成骨肽。CS-CCMV-YGFGG組骨再生明顯低于CSCCMV-YGFGG&LZM組。基于顯微CT圖像，用骨體積(BV)、骨體積/組織體積(BV/TV)和骨密度(BMD)三個指標量化骨再生效果。如圖6B所示，CS-CCMV-YGFGG&LZM組植入8周后BV/TV值為45.42，是CS-LZM組的3.05倍，是CS-CCMV-YGFGG組的1.81倍。在骨容量分析中也觀察到類似的差異(圖6C)。CS-CCMV-YGFGG&LZM組的BMD值為1.37 g/cm3，約為CS-LZM組的1.15倍，為CS-CCMV-YGFGG組的1.08倍(圖6D)。

圖6  植入8周后的體內成骨評估。(A)術后8周通過三維顯微ct圖像重建評估感染顱骨缺損礦化。通過分析(B)骨體積與總組織體積(BV/TV)的比較，定量評估各組的新骨形成情況。(C)骨體積，(D)骨密度(BMD)

文獻結論

單獨使用成骨肽可能會導致其不穩定，降低其利用率。在本研究中，作者使用CCMV修飾的成骨肽序列來增強肽的穩定性，從而提高其成骨效率。該肽也可以調節體外成骨活性。將溶菌酶裝入殼聚糖海綿中，在體外抗菌效果良好。在作者的研究中，作者將這兩種生物活性材料裝入殼聚糖海綿中，并將其應用于MRSA誘導的大鼠骨缺損感染的治療。在殼聚糖海綿中加載這兩種生物活性物質，表現良好感染性骨缺損治療的抗菌作用及促進骨再生。作為釋放平臺，該支架可階段性釋放溶菌酶和CCMV-YGFGG，促進感染骨缺損的再生。本研究為生物活性和骨科生物材料的發展提供了新的方向，具有廣闊的應用前景。

使用設備

                                      Micro CT（型號：VENUS）（平生醫療科技）

                                             影像軟件：Avatar（平生醫療科技）