在骨组织工程范畴,水凝胶凭借独有的性能成为骨组织工程领域的研究焦点,可作为细胞载体为细胞黏附、增殖与分化提供理想微环境。同时水凝胶可精准控释生物活性分子以促骨修复,与BMP⁃2结合能突破其单独使用的局限。还能精准调控生物活性分子释放,干预骨修复进程。在此体系下,水凝胶能与BMP⁃2优势互补:水凝胶实现BMP⁃2精准缓释,避免其快速扩散降解;BMP⁃2发挥强诱导成骨能力,刺激细胞成骨分化。二者协同为骨质疏松性骨缺损修复提供创新有效策略,有望提升临床疗效。BMP⁃2与水凝胶的缓释体系可解决BMP⁃2扩散降解问题并调控微环境,为骨质疏松性骨缺损修复提供新范式,本文将综述其机制、制备、应用及挑战以支撑临床转化。

BMP⁃2是含114个氨基酸残基的分泌型糖蛋白,成熟蛋白为二硫键连接的二聚体 ,是其与受体结合及信号传导的关键,其信号传导主要依赖与细胞膜丝氨酸/苏氨酸受体结合 ,通过与细胞膜丝氨酸/苏氨酸受体结合,经经典Smad信号通路调节Runx2、Osterix等成骨相关基因表达 ,促进间充质干细胞向成骨细胞分化;同时非Smad信号通路也参与协同调控骨代谢。BMP⁃2在骨发育与修复中起核心作用。胚胎期诱导间充质干细胞形成骨组织;骨损伤时促进间充质干细胞迁移分化、合成骨基质并矿化,完成骨缺损修复。

但OP患者因成骨细胞表面BMP⁃2受体异常及抑制因子拮抗,单纯增加BMP⁃2剂量难解决修复问题,需联合其他策略,协同发挥作用。水凝胶具有多项适用于骨修复的特性:其含水量超90％,类似生物组织,柔软有弹性;溶胀性受聚合物结构、环境影响,可确保与周围组织充分接触,为细胞的黏附、增殖和营养物质的交换提供良好的微环境,可更好填充骨缺损并贴合周围骨组织,间接促进骨修复过程;生物相容性极佳 ,多数无免疫排斥与细胞毒性,易被免疫系统识别接受;同时,水凝胶的可降解性可控,通过水解、酶解等方式降解,可调控降解速率助力骨缺损修复 ;水凝胶的可塑性强,可按需制成特定形状 ,其力学性能可通过组成、交联密度优化。

出自《水凝胶负载ＢＭＰ⁃２治疗骨质疏松症骨缺损研究进展》作者张朝洋，蒋涛。