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上海交通大學(xué)傅德皓教授團(tuán)隊(duì)采用Umibio胎牛血清做研究！
絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松是最常見的骨質(zhì)疏松癥，而雌激素缺乏引起的骨形成不足及RANKL分泌過多介導(dǎo)的骨吸收過度是導(dǎo)致絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥發(fā)生的主要因素。而當(dāng)前臨床藥物由于缺乏骨靶向能力，往往不能同時(shí)針對(duì)成骨/破骨細(xì)胞雙靶點(diǎn)發(fā)揮作用從而恢復(fù)骨代謝平衡，并且由于作用范圍過于廣泛帶來了較多的副作用。
上海交通大學(xué)傅德皓教授課題組近期利用基因工程技術(shù)和納米技術(shù)制備了RANK和CXCR4過表達(dá)的BMSC細(xì)胞膜包覆的殼聚糖載PTH 1-34仿生納米凝膠PNG@mR&C，PNG@mR&C膜上豐富的CXCR4分子使得其具有骨靶向性，而RANK則可有效清除過多的RANKL抑制破骨細(xì)胞生成，因此，該納米凝膠能夠特異性清除骨微環(huán)境中的RANKL，并且響應(yīng)骨質(zhì)疏松病理生理特征中破骨細(xì)胞介導(dǎo)的微酸性環(huán)境，釋放治療性骨形成藥物PTH 1-34促進(jìn)成骨活性，同時(shí)針對(duì)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞恢復(fù)骨代謝平衡，因而對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥具有良好的治療效果。
圖1 仿生納米凝膠PNG@mR&C制備流程及其治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的具體機(jī)制
首先，作者利用慢病毒轉(zhuǎn)染的方法獲取了高表達(dá)RANK和CXCR4分子的BMSC細(xì)胞，成功提取了這種基因操縱的BMSC細(xì)胞的細(xì)胞膜，并將其包被在載有PTH 1-34的酸響應(yīng)殼聚糖納米凝膠表面，從而制備了仿生納米凝膠PNG@mR&C。隨后，作者利用透射電子顯微鏡、粒度儀和瓊脂糖凝膠電泳儀等設(shè)備對(duì)PNG@mR&C進(jìn)行表征，一系列實(shí)驗(yàn)均證實(shí)該仿生納米凝膠具有穩(wěn)定的理化特性和良好的生物安全性。
圖2 仿生納米凝膠PNG@mR&C制備及表征
緊接著，作者將仿生納米凝膠PNG@mR&C通過尾靜脈注射的方式對(duì)小鼠進(jìn)行給藥，并利用生物光子成像技術(shù)對(duì)PNG@mR&C的體內(nèi)分布進(jìn)行了檢測，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PNG@mR&C能夠特異性蓄積在骨組織，對(duì)體內(nèi)熒光信號(hào)定量分析的數(shù)據(jù)也證實(shí)PNG@mR&C膜表面的CXCR4蛋白使得其具有良好的骨靶向性。隨后，作者在體外驗(yàn)證了PNG@mR&C的酸響應(yīng)特性，研究結(jié)果表明該仿生納米凝膠具有良好的酸響應(yīng)釋放能力。
圖3 仿生納米凝膠PNG@mR&C的骨靶向性和酸響應(yīng)特性
接下來，作者在利用RANKL溶液孵育的方法檢測了PNG@mR&C對(duì)RANKL的中和能力，并用PNG@mR&C處理破骨前體細(xì)胞，PCR和ELISA分別檢測破骨細(xì)胞形成的關(guān)鍵基因和蛋白表達(dá)情況，TRAP染色和F-actin染色檢測其對(duì)破骨細(xì)胞形成的抑制情況，以上結(jié)果均證實(shí)PNG@mR&C可以抑制破骨細(xì)胞形成。
圖4 仿生納米凝膠PNG@mR&C體外抑制破骨細(xì)胞形成
在隨后的研究中，作者利用成骨-破骨細(xì)胞共培養(yǎng)模型，研究了PNG@mR&C在破骨細(xì)胞微酸條件觸發(fā)PTH1-34釋放后對(duì)成骨前體細(xì)胞成骨分化的影響，運(yùn)用ALP染色、茜素紅染色、ALP活性定量分析、PCR和免疫熒光染色等多種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)成骨分化情況進(jìn)行了研究，以上結(jié)果均證實(shí)PNG@mR&C可以增強(qiáng)成骨前體細(xì)胞的成骨分化能力。
圖5 仿生納米凝膠PNG@mR&C體外促進(jìn)成骨
最后，作者利用OVX小鼠絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松模型研究了PNG@mR&C對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的治療效果。通過micro-CT重建骨小梁三維結(jié)構(gòu)、骨小梁組織形態(tài)學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)、三點(diǎn)彎曲檢測骨力學(xué)強(qiáng)度、骨礦化帶熒光標(biāo)記計(jì)算礦化速率MAR、
骨組織切片OCN免疫熒光染色、骨組織切片TRAP染色、血生化骨代謝標(biāo)記物檢測和骨組織成骨破骨相關(guān)基因PCR檢測等一系列實(shí)驗(yàn)，證實(shí)PNG@mR&C在去卵巢小鼠絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥模型中表現(xiàn)出了滿意的治療效果。
圖6 PNG@mR&C仿生納米凝膠治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的療效研究
由于仿生納米凝膠PNG@mR&C集酸響應(yīng)性釋放特性、長循環(huán)能力和骨靶向性于一體，其給藥劑量和頻率大大降低。這項(xiàng)研究為從成骨/破骨細(xì)胞雙靶點(diǎn)重建骨代謝穩(wěn)態(tài)提供了一種新的思路，有望應(yīng)用于絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的臨床治療。該研究以“Bone-Targeted Biomimetic Nanogels Re-Establish Osteoblast/Osteoclast Balance to Treat Postmenopausal Osteoporosis”為題發(fā)表在國際高水平學(xué)術(shù)期刊Small雜志上，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院為第一作者及第一通訊作者單位，第一作者為上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院在讀研究生崔永志博士，通訊作者為上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院國家骨科醫(yī)學(xué)中心傅德皓教授。該研究培養(yǎng)小鼠原代骨髓巨噬細(xì)胞所用的胎牛血清由上海宇玫博生物科技有限公司（Shanghai Umibio Co., Ltd.）提供。
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