骨質(zhì)疏松癥是一種常見的骨病，每年導致900萬新骨折。除了給全世界數(shù)以百萬計的人造成嚴重的慢性疼痛外，它還對既定的醫(yī)療程序（尤其是骨骼和牙齒植入）提出了額外的挑戰(zhàn)，這有兩個主要原因。

1）首先，骨質(zhì)疏松癥全身性地減少了骨量，減少了骨祖細胞的數(shù)量和活性，增加了骨折的風險，并延長了愈合過程。

2）其次，骨質(zhì)疏松癥伴有持續(xù)性炎癥，這破壞了局部骨免疫平衡，進一步破壞了骨植入物的整合并阻礙了傷口的愈合。

因此，盡管現(xiàn)代植入物在正常情況下獲得較高的成功率，但仍難以建立理想的骨-植入物結(jié)構(gòu)連接并在骨質(zhì)疏松條件下遇到更多的失敗。

改善骨-植入物整合的新方法應解決炎癥的基本難題：在早期需要適當?shù)难装Y，但應在以后加以抑制以更好地愈合，尤其是在骨質(zhì)疏松癥下。然而，仍無法實現(xiàn)體內(nèi)植入物周圍炎癥的精確開啟和關(guān)閉。

成果簡介：

為了應對這一挑戰(zhàn)，澳門大學王春明、南京大學董磊等人設(shè)計了一種“過河拆橋”涂層材料，該涂層材料包含可以活化巨噬細胞的聚糖（acBSP）和共價交聯(lián)了可以除去巨噬細胞的雙膦酸酯（ALN），并且覆蓋在鈦植入物表面，來改善骨質(zhì)疏松癥下的骨植入物整合。成果發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上

各自成分的功能

聚糖acBSP具有刺激巨噬細胞產(chǎn)生成骨性（例如，抑瘤素M，OSM）和促血管生成性（例如，血管內(nèi)皮生長因子，VEGF）細胞因子的獨特活性，這在該應用中是理想的。

雙膦酸酯是“ on-off”開關(guān)的“觸發(fā)器”，具有三個作用：

i）創(chuàng)新地充當交聯(lián)劑，以橋接聚糖和Ti表面；

ii）對堿性磷酸酶（ALP）產(chǎn)生反應，堿性磷酸酶是一種早期成骨標記，具有水解磷酸酯鍵的特定酶活性；

iii）誘導巨噬細胞凋亡；

示意圖

過河拆橋的策略

植入后，acBSP將巨噬細胞刺激為理想的促炎和再生表型。同時，acBSP與Ti表面共價鍵合以覆蓋ALN。隨著愈合的進行，巨噬細胞分泌的成骨細胞因子誘導成骨細胞分化并產(chǎn)生ALP，ALP升高至一定水平以開始裂解ALN和Ti之間的磷酸酯鍵，從而從Ti表面釋放出ALN-acBSP復合物。乙?；氖杷院推细事毒厶翘擎湥ê虯LN）的親水性使復合物形成納米組件，巨噬細胞可通過碳水化合物受體將其進一步內(nèi)化并觸發(fā)其凋亡，從而導致炎癥消退。

簡單點來講就是，植入后，聚糖指示宿主巨噬細胞釋放促成骨細胞因子（“開啟”），促進骨細胞分化。后來，越來越成熟的骨細胞分泌堿性磷酸酶以從植入物上裂解聚糖-雙膦酸酯復合物，從而選擇性地殺死已經(jīng)完成其貢獻的促炎性巨噬細胞（“關(guān)閉”），因此以“過河拆橋”的方式促進康復。

圖|體外評估Ti-ALN-acBSP的“開啟”效應

圖|體外評估Ti-ALN-acBSP的“關(guān)閉”效應

無需其他手段

通過生理上切換“開-關(guān)”炎癥，這種涂層增強了骨質(zhì)疏松大鼠的骨植入物整合性，改善了植入物周圍的免疫微環(huán)境。在整個植入過程中和植入后，沒有使用其他促骨原性細胞因子、轉(zhuǎn)基因方法、手術(shù)程序或免疫抑制藥物來達到這種治療效果。在動物中未觀察到由涂層引起的不良影響。在骨質(zhì)疏松大鼠模型中的體內(nèi)檢測表明，該涂層通過調(diào)節(jié)局部炎癥灶顯著增強骨-種植體的整合（高達88.4%的接觸率）。

圖|體內(nèi)評估Ti-ALN-acBSP在大鼠骨質(zhì)疏松模型中增強的骨整合性能

小結(jié)：

綜上所述，本文為Ti植入物設(shè)計了一種智能、具有生物活性和生理響應性的聚糖涂層，以改善其在骨質(zhì)疏松癥病理條件下的治療性能。與抑制宿主免疫反應或炎癥的傳統(tǒng)方法不同，這種涂層系統(tǒng)顯示出植入部位局部炎癥的愈合響應“開-關(guān)”調(diào)節(jié)，雙向利用宿主免疫反應的能力來促進骨植入物整合。

這種免疫調(diào)節(jié)聚糖涂層代表一種有效，安全，普遍適用的策略，可用于設(shè)計廣泛再生應用的新生物材料表面，尤其是為那些患有骨質(zhì)疏松癥等疾病的患者提供服務的表面。

參考文獻：

Wang, Z., et al., Switching On and Off Macrophages by a “Bridge‐Burning” Coating Improves Bone‐Implant Integration under Osteoporosis. Adv. Funct. Mater. 2020, 2007408.

https:///10.1002/adfm.202007408