無論是牙周炎導致的牙槽骨吸收還是外傷造成的頜面骨缺損，治療的關鍵都是骨組織的修復🖖🏿。然而，人體的骨骼與神經一樣，通常並不具備強大的再生能力🚵🏼♀️，因此臨床上對於體積較大😶👩🏿🦲、難以自愈的骨缺損主要通過兩種途徑來治療：一是自體/異種骨移植，二是3D打印生物支架及鈦合金植入。前者存在創傷、移植後存活困難、排異（異種骨移植），後者則面臨操作復雜、生物相容性不佳🛀🏼、有時需二次手術等問題。因此🙌🏿，如何喚起人體骨骼的再生機能🧝🏿♂️，臨床醫生和科研人員一直孜孜以求。
日前，這條艱辛的探索之路有了新的突破——MK体育平台附屬口腔醫院劉月華教授和MK体育平台高分子科學系俞麟教授率領的團隊發現🏃🏻♂️➡️，間充質幹細胞（MSCs）經低氧處理得到低氧細胞外囊泡（Hypo-EVs），該囊泡再結合生物活性水凝膠🙋，可顯著促進顱骨成骨細胞的形成👩🔧、分化以及局部血管的生成與分化，從而實現骨骼的再生👩🦯➡️。相關研究論文“Versatile Hypoxic Extracellular Vesicles laden in an Injectable and Bioactive Hydrogel for Accelerated Bone Regeneration”刊載於國際知名學術期刊Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2211664）。MK体育平台附屬口腔醫院鄧佳佳博士研究生和高分子科學系王欣博士研究生為該文章共同第一作者👐🏻，MK体育平台附屬口腔醫院劉月華教授、於麗明醫生和MK体育平台高分子科學系俞麟教授為本文共同通訊作者🥒🦚。
“幹細胞”早已成為生物醫學研究領域的熱詞⚜️，作為一種“原始”形態的細胞“鼻祖”，具有分化成人體各類各型細胞的潛力🎥👭🏼。如何將潛力變成現實，醫學工作者始終在探索。
間充質幹細胞（MSCs）是一種研究廣泛的具有自我更新和多向分化能力的多能幹細胞。其中，骨髓源性間充質幹細胞（BMSCs）在骨重塑中起著至關重要的作用。然而，由於幹細胞移植到體內後細胞活力降低，分化能力受損以及潛在的免疫排斥和腫瘤形成等風險🩹🖼，限製了在骨再生中的應用及其臨床轉化🧗🏼♂️。
越來越多的研究表明🍝，MSCs的治療作用主要通過旁分泌機製，來源於MSCs的細胞外囊泡（EVs）在其中扮演著關鍵角色👾。在正常生理條件下，骨髓中的氧濃度只有1%～6%，這意味著體內的BMSCs實際處於乏氧的微環境中。此前一直不清楚低氧預處理是否能夠改善BMSCs來源的EVs功能，是否更有利於骨缺損的修復，直到劉月華、俞麟教授團隊的最新發現，低氧處理的確能夠促進顱骨成骨細胞的增殖🚴🏼、遷移和分化🕵🏼♂️。
生物活性水凝膠負載Hypo-EVs促進骨修復的示意圖
團隊聚焦低氧處理對BMSCs生物學行為的影響以及EVs分泌的調節作用及其機製展開了深入研究，並考察其在標準顱骨損傷模型中的修復效果。研究人員首先確定了低氧處理細胞的氧濃度👩🏼🎓，證實1%O₂處理對BMSCs的活性無損傷作用，且轉錄組數據表明低氧處理還顯著上調了幹細胞內與EVs分泌、細胞外基質（ECM）形成🧛🏻♂️、成骨分化和成血管分化等相關基因的表達。隨後，研究人員通過超速離心法獲得了Hypo-EVs，並發現低氧處理顯著促進了Hypo-EVs的分泌👉🏻，提高了Hypo-EVs中的蛋白含量。為了研究這種Hypo-EVs的生物學功能，研究人員分離提取了顱骨成骨細胞（ROBs），通過大量體外實驗證實Hypo-EVs能夠顯著促進ROBs增殖、遷移和成骨分化。進一步的蛋白組學分析顯示，Hypo-EVs有可能通過PI3K/AKT的信號通路來促進ROBs的成骨表型，最終通過使用AKT抑製劑確認了之前的推斷。
為保持EVs在體內的生物活性並實現持續的遞送，研究人員開發了一種由聚乙二醇-聚多肽共聚物組成的可註射生物活性水凝膠🎎。體外細胞實驗證實該水凝膠材料具有促進ROBs和BMSCs增殖的活性🀄️。體內實驗顯示這種聚多肽水凝膠具有良好的生物相容性和適宜的降解性能，能夠很好地匹配體內骨缺損的修復過程。隨後，研究人員將負載了Hypo-EVs的聚多肽水凝膠註射到大鼠5 mm直徑的顱骨缺損區，通過Micro-CT觀測和組織學檢測確認Hypo-EVs在體內的持續釋放結合水凝膠本身的生物活性加速了缺損部位的骨再生。
由於EVs內富含多種蛋白質🚱🆑，為了確定這些蛋白在骨再生中的作用，研究人員通過蛋白組學技術分析了EVs內蛋白表達差異。結果表明🪪，Hypo-EVs內與成骨分化相關的多種蛋白高表達，其中一個高表達的蛋白是與ECM相關的蛋白多糖Bgn#️⃣。研究人員通過Bgn過表達和敲降的細胞實驗進一步證實Bgn蛋白是一個調節成骨細胞分化和礦化的關鍵蛋白。該研究闡明了Hypo-EVs在骨修復中的積極作用，首次揭示Bgn蛋白通過旁分泌機製參與了骨缺損的修復🥜。
Hypo-EVs通過激活PI3K/AKT信號通路促進成骨細胞功能
綜上所述，該項研究不僅揭示了BMSCs來源的Hypo-EVs在骨修復中的作用，而且開發了一種能夠增強EVs治療效果的遞送平臺。同時，由於其操作簡便，可註射的熱敏水凝膠成膠溫度與體溫接近，以及具備填充不規則缺損的塑形能力和密封傷口的優點🗾，該治療策略將有望應用到復雜且不規則的牙槽骨缺損模型中，成為非細胞治療的一個典範。
原文鏈接🤜👀：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202211664
