《Materials & Design》：掺锶羟基磷灰石生物陶瓷，用于增强血管生成和成骨能力

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分类：行业动态
发布时间：2023-09-20 15:18
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2023年9月9日，上海交通大学联合多家单位在《Materials & Design》上发表题为Promoting vascularized bone regeneration via strontium-incorporated hydroxyapatite bioceramic的研究论文，报道了通过制备多功能掺锶羟基磷灰石生物陶瓷，证明了掺锶是一种可行的骨植入物修饰策略，可增强血管生成和成骨能力。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112313

研究简介

血管生成与骨生成紧密相关，在硬组织再生调控中起着不可或缺的重要作用。基于此，在骨重建过程的同时促进成骨和血管生成也十分重要。必要的微量元素在促进骨生成和血管生成方面显示出巨大的潜力，可为设计血管化骨再生的移植物提供有效的策略。本文研究了四种生物活性生物陶瓷，包括羟基磷灰石(HA)、掺锶(Sr)羟基磷灰石(Sr5-HA, Sr10HA, Sr20-HA)，其中锶离子浓度分别为0%,5%,10%和20%，并研究了它们的成骨和血管生成性能。

体外实验结果显示，Sr-HA可通过Erk1/2 MAPK和PI3K/AKT信号通路促进BMSCs的增殖和成骨分化，并可通过PI3K/AKT信号通路促进HUVECs的增殖和血管生成基因表达。此外，HUVECs条件培养基能明显促进骨髓间充质干细胞成骨，骨髓间充质干细胞条件培养基能增强HUVECs的血管生成能力。此外，体内血管生成评估和骨形成评估表明，与纯HA支架相比，Sr-HA多孔支架有效增强了新血管和新骨形成。因此，本研究表明，掺锶是一种可行的骨植入物修饰策略，可增强血管生成和成骨能力。

图1 掺锶羟基磷灰石(Sr-HA)的制备及体内外研究示意图。

图2 HA和Sr-HA生物陶瓷的表征。

图3 掺锶改善了骨髓间充质干细胞的生物学性能，激活了Erk1/2和AKT信号通路。

图4 掺锶促进HUVECs的生物学行为，激活AKT信号通路。

图5 骨髓间充质干细胞与HUVECs的相互作用。

图6 掺锶促进体内骨形成和血管重建。

图7 掺锶促进骨生成和血管生成的作用机制。

研究结论

本研究成功制备了多功能掺锶羟基磷灰石生物陶瓷，并证明了掺锶可直接促进骨髓间充质干细胞和HUVECs的增殖和成骨/血管分化。掺锶通过Erk1/2和PI3K/AKT信号通路促进骨髓间充质干细胞成骨分化。它还可以刺激HUVECs中的PI3K/AKT信号通路，促进血管生成。此外，掺锶可通过旁分泌效应增强骨髓间充质干细胞与HUVECs之间的相互作用和串扰。同时掺锶能促进体内血管化骨再生。该研究表明，掺锶是一种可行的骨植入物修饰策略，可以增强血管生成和成骨能力。

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