缓释CGRP-Sr-CPC双重诱导促进骨质疏松性骨折愈合机制的研究

Bone fracture arisen by osteoporosis is the major reason to cause disability in elderly people. However, the related treatment is still disappointed, since the development of biomaterials has not been satisfied the requirement for osteoporotic bone regeneration. Based on the clinical dilemma, we postulate a dual mechanism with the controlled release of novel CGRP-Sr-CPC bone cement to enhance the treatment of osteoporotic bone fracture. Firstly, the release of CGRP can induce the growth of vascular, provide necessary nutrition and enhance the growth of osteoblasts. Secondly, an effective strontium ion can differentiate stem cell into osteoblasts, enhance the activity of osteoblasts, meanwhile inhibit the activity of osteoclasts. As a result, we will focus on the following study in the determination of optimum composition: (1) materials fabrication and its physiochemical property (2) in vitro study on its bioactivity and biocompatibility including the influence of Vascular endothelial cells, bone marrow stromal cells and bone marrow mononuclear cells (3) in vivo study with OVX rats.

由骨质疏松症引发的骨折是中老年骨病致残主要原因。相关治疗手段与方法仍是当前研究的热点和难点。本研究团队从骨质疏松骨再生必要条件着手，提出了加强局部血供与促进成骨分化双重诱导机制的重要性。通过新型可控降解CGRP-Sr-CPC骨水泥的研发，缓释释放降钙素基因相关肽（CGRP），可诱导骨折处的血管长入，提供养分输运及促进成骨细胞增殖；其次，通过Sr离子的释放，在局部促成干细胞向成骨分化，提高成骨细胞活力，同时抑制破骨细胞活性。这种双重机制的探索将大大拓展CPC骨水泥在临床中的运用。因此，本课题组将在以下三方面对材料进行研究：（1）合理组分的设计及理化性质的研究；（2）体外相关生物活性及生物相容性研究，包括对血管内皮细胞、骨髓基质干细胞和骨髓单核细胞的影响 ；（3）骨质疏松大鼠动物模型的搭建及动物学研究。从而进一步优化组分，为CGRP-Sr-CPC骨水泥在外科治疗骨质疏松性骨折的有效性打下基础。

项目背景：骨质疏松性骨折的愈合是一个相对复杂的过程，降钙素基因相关肽（Calcitonin gene-related peptide, CGRP）可为骨折愈合提供良好的局部血液供应和促进成骨细胞的增殖与分化。锶离子（Sr）不仅能降低破骨细胞的活力，抑制破骨细胞分化；而且能明显增强成骨细胞的活力，并促进其分化。基于以上双重耦合机制的设想，本研究的主要内容为研发一种新型骨水泥，掺CGRP-Sr生物活性CPC 骨水泥，通过材料的降解，释放出血管诱导因子CGRP，促进骨折局部血管构建，养分输运，并进一步将锶离子输运到骨折部位促进成骨。.主要研究内容：(1)初步制备缓释CGRP-Sr-CPC材料；（2）体外研究缓释CGRP-Sr-CPC 对骨质疏松症大鼠血管内皮细胞、骨髓基质干细胞的生物学行为的影响；（3）骨质疏松性大鼠体内研究CGRP-Sr-CPC 的降解性及成骨能力。.重要结果及其意义：（1）缓释CGRP-Sr-CPC 的制备：本团队前期研究的成功制备出10%Sr-CPC材料，本研究在原有材料的基础上加入壳聚糖涂层并用冷冻干燥法制备出CGRP-Sr-CPC材料。研究发现，所有材料的理化性质均基本相同，均可缓慢降解成羟基磷灰石。暗示CGRP-Sr的加入不妨碍骨水泥体初始的化学反应。CGRP-Sr-CPC组中， CGRP的初始释放率34.02%，4天后CGRP的释放量逐渐增加了释放97.49%，而7天后释放率为99%。从这以后，CGRP的浓度维持在了一高浓度水平。在浸入模拟体液后，Sr的释放量逐渐从第1天的32mg/L增加至第28天的54mg/mL.这些结果暗示了CGRP和Sr是逐渐释放的。（2）体外探究CGRP-Sr-CPC 对骨质疏松症大鼠血管内皮细胞及骨髓基质干细胞的影响：材料能释放CGRP能刺激内皮细胞增殖材料中CGRP及SR的释放显著增强了骨质疏松性骨髓基质干细胞的增值率及成骨分化。（3）骨质疏松性大鼠体内研究CGRP-Sr-CPC 的降解性及成骨能力：将材料植入骨质疏松性大鼠的胫骨近端，通过micro-ct分析及硬组织切片染色显示， CGRP-Sr-CPC材料表面开始有新生骨组织长入。