超声示踪载药PLGA/Lipid复合纳泡修饰的BMSCs及其调控修复骨质疏松性骨损伤的研究

Stem cell transplantation technology has great potential in the field of bone repair. However, stem cell migration imaging, directional differentiation and optimization of bone remodeling are urgent problems to be solved. In our previous study, we have successfully developed a new type of PLGA/Lipid composite porous nanobubble, which could be used as ultrasound contrast agents and the carriers for drug delivery. It is preliminarily confirmed that these nanobubbles could be uptaken by bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) and maintained good ultrasonic imaging performance. BMP-2 bioactive peptide P24 has the ability to induce stem cells to differentiate into osteoblasts. Our work further confirmed that P24 scaffolds could better promote bone defect repair. Bazedoxifene (BZA) activates the estrogen receptor in the osteogenic nucleus to promote bone remodeling and improve bone quality. In this project, we intend to use PLGA/Lipid nanobubbles to load P24 and bazedoxifene (BZA), evaluate the ultrasound tracing performance of BMSCs, which carry drug-loaded nanobubbles within cells, investigate the controlled release behaviors of drug-loaded nanobubbles for regulation of the BMSCs osteogenis differentiation, explore the remodeling effect and mechanism of BZA/P24-PLGA/Lipid nanobubble modified BMSCs on osteoporosis bone injury. This project will provide new ideas for stem cells treatment of osteoporotic bone injury.

干细胞移植技术在骨修复治疗领域具有巨大应用潜力，而干细胞的在体归巢示踪、定向分化调控及成骨重塑优化是该技术中亟待解决的问题。我们前期已成功研制出可超声成像及载药控释的新型PLGA/Lipid复合多孔缓释纳泡，初步证实其可被骨髓间充质干细胞（BMSCs）摄取并保持良好的超声成像性能。BMP-2活性肽P24具有诱导干细胞定向分化为成骨细胞的性能，我们的工作进一步证实载P24支架材料可较好的促进骨缺损修复。巴多昔芬（BZA）可激活成骨细胞核内的雌激素受体促进骨重塑进而改善骨质量。本项目拟借助PLGA/Lipid纳泡负载P24与BZA，通过胞内携载该纳泡评估BMSCs归巢的超声示踪性能，研究纳泡内药物的超声可控性释放及其对BMSCs成骨分化的调控，探讨超声干预下BZA/P24-PLGA/Lipid纳泡修饰BMSCs对骨质疏松性骨损伤的修复重塑作用及机制，旨在为干细胞治疗骨质疏松性骨损伤提供新思路。

背景：骨质疏松症是威胁人类健康的重大疾病，发病率呈逐年升高的趋势。骨质疏松易导致骨折并产生骨不连、骨缺损等多种并发症，已经成为临床治疗的难题。干细胞移植技术在骨修复治疗领域具有巨大应用潜力，作为临床上常用的超声造影剂，微泡可显著提升超声图像的对比度和信噪比；更为重要的是，微泡还是良好的药物载体，在超声的作用下可实现药物定点、可控地释放。 .方法：利用复乳法将载 P24 与 BZA 的 PLGA/Lipid 复合纳泡制备完成，并通过胞内携载上述载药纳泡对 BMSCs 进行工程化修饰，借助该超声响应性纳泡研究工程化 BMSCs 归巢的超声成像示踪性能，通过分析超声控释对胞内药物对 BMSCs 成骨分化调控与骨重塑的影响，通过一些列体内实验评估工程化 BMSCs 联合超声促进骨质疏松性骨损伤修复与重塑效果。.结果：载 P24 与 BZA 的 PLGA/Lipid 复合纳泡具有良好形貌结构，复合纳泡呈圆形，粒径较为均一。且可被骨髓间充质干细胞摄取，摄取的最佳孵育时间为4小时。复合纳泡+超声辐照的目标组具有最强的成骨诱导能力，超声控释的最佳电压为65mV。在不同细胞浓度的溶液中，工程化干细胞仍有较满意的成像效果。进一步证实载P24支架材料可较好的促进骨缺损修复。P24具有诱导干细胞定向分化为成骨细胞的性能，3D打印PLA支架均在 1.5 MHz 处有明显的衰减，且随着支架体积的增加，在 1.5 MHz 处的衰减也增加明显。支架可以联合超声捕获骨髓间充质干细胞，且随着超声时间的延长，捕获的细胞数量增加，且吞噬了微泡的BMSCs捕获数量更多。在连续5天每天进行1次特定频率的照射后，支架表面可粘附生长的BMSCs明显增多。体内实验通过HE染色、μ-CT等方法进一步证实载P24支架材料可较好的促进骨缺损修复。.讨论：本课题证实了在超声干预下BZA/P24-PLGA/Lipid纳泡修饰BMSCs对骨质疏松性骨损伤的修复重塑作用，为干细胞治疗骨质疏松性骨损伤提供新思路。