缓释靶向型（AspSerSer）6-BMP2-HA/TCP的构建及其骨生成能力研究

Artificial bone graft is one of the most important directions for bone grafts. The osteogenic activity of common artificial bone graft is much lower than that of autogenous bone, since it lacks of osteogenic factors. The osteoinductive activity of bone substitute will be improved with addition of BMP-2. But BMP-2 will be released very fast at the beginning of implantation, and defuse into the surrounding tissues and then the whole body. So it cannot act on the bone defect area certainly. It may cause ectopic ossification, acute edema, nerve tissue inflammatory injury, early osteolysis, et al. It is important to control BMP-2 release and make it act accurately in vivo. Studies found that (AspSerSer)6 can bind to low ctystallization HA, which is the typical characteristic of bone regeneration area. We found that it can also bind to low ctystallization TCP in our early research. We will construct the targeted BMP2 using genetic engineering methods, obtain dimers and test its activity. Combination of HA/TCP and targeted BMP-2 can ensure the steady release of BMP-2 and act in situ with tissue specificity. This program is expected to resolve the key problem of BMP2 application and it also play an important role in the application of various cytokines in tissue engineering research.

人工骨是植骨材料发展的重要方向。普通人工骨材料缺少成骨因子，成骨活性与自体骨差异显著，将BMP2复合到材料中可增强其成骨活性。但BMP2植入初期会爆发性释放，大量扩散进入周围组织和全身，不能定向作用于骨缺损修复区域。从而引起异位骨化、急性水肿、神经炎性损伤，早期骨溶解等并发症。控制BMP-2平稳释放及体内作用的精准性十分重要。研究发现（AspSerSer）6多肽片段能靶向结合低结晶度HA，而新骨再生区域的典型特征正是低结晶度HA的沉积。此外我们发现低结晶度TCP同样具有类似结合力。本研究将利用基因工程方法，构建出靶向BMP2分子，获得二聚体，评价其活性。联合优选晶型的低结晶度HA/TCP支架材料，旨在实现BMP2分子释放的平稳控制，并在骨缺损区发挥靶向BMP2的组织特异性作用。该项目的实施可望解决BMP2成骨因子应用中的瓶颈问题，同时对于组织工程研究中各类细胞因子的使用同样具有重要的意义。

临界骨缺损的修复是临床一大难题，由于其不能自愈，往往需要植骨修复。自体骨修复是最好的骨修复方式，但自体骨取骨量有限，且会对患者造成额外的伤害。同种异体骨免疫原性低、成骨活性好，是临床最常用的植骨材料之一。但同种异体骨来源相对不足，并且会增加感染疾病的风险。因此，开发优质的骨修复材料势在必行。由牛松质骨煅烧制备的天然骨修复材料（True bone ceramic，TBC）来源充足，是一种非常有前景的植骨材料。TBC经过高温煅烧，完全去除了其中的有机物，因此具有极低的免疫原性。然而，TBC保留了与人骨类似的天然孔隙结构，非常有利于组织和血管的长入。并且TBC的主要成分与人骨相同，均为羟基磷灰石，因此，TBC具有良好的骨传导性能。由于完全去除了有机物，TBC不含有促进成骨的活性因子，因此，TBC不具备骨诱导性能。但这一问题可通过添加外源性生长因子来解决。BMP2是目前已知的最有效的成骨因子之一，也是通过美国FDA认证的成骨因子之一。BMP2的常规使用方法是将其与支架材料复合，然后冷冻干燥，BMP2通过物理吸附的方法结合到支架上。这种方法制备的材料在植入体内后，会出现BMP2的暴发性的释放。局部高浓度的BMP2会导致很多副作用的出现，例如炎症、水肿、不受控的骨再生、成脂分化过度导致的囊肿样骨的形成等。.本研究通过重组表达的方法，在野生型BMP2序列的N端连接了一段特异性结合羟基磷灰石的多肽片段—(AspSerSer)6（或者称为(DSS)6）。由此制备的一种新型BMP2称为DSSBMP2。通过(DSS)6序列，该DSSBMP2可特异性结合到TBC上。由于DSSBMP2与TBC的化学结合作用，DSSBMP2可在TBC上缓慢释放，从而降低常规含BMP2材料应用中出现的并发症。实验证明，DSSBMP2-TBC材料无细胞毒性，具有较好的体内外成骨活性。尤其是与普通BMP2-TBC材料相比，DSSBMP2-TBC材料可以显著降低不受控的骨再生和囊肿样骨的形成，可以更好的修复骨缺损。转化后预期用于骨折、骨缺损、骨不连以及椎体融合等症状。可大大缩短骨愈合或融合的时间，减少患者的痛苦，降低致残率，降低社会负担。