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  骨是一個(gè)能進(jìn)行有限的自我修復(fù)和再生的功能性器官。由創(chuàng)傷、運(yùn)動(dòng)損傷或病理因素造成的骨軟骨損傷，涉及關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨組織，超過(guò)了骨組織自身的修復(fù)能力，不能自行愈合，嚴(yán)重影響關(guān)節(jié)的正常活動(dòng)，不僅給患者造成巨大的經(jīng)濟(jì)和心理負(fù)擔(dān)，給社會(huì)帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的臨床問(wèn)題。膜內(nèi)骨化（Intramembranous ossification，IMO）和軟骨內(nèi)骨化（Endochondral ossification，ECO）是骨器官胚胎發(fā)育和骨缺損修復(fù)再生的兩條途徑。目前用于治療骨缺損的生物材料主要通過(guò) IMO 實(shí)現(xiàn)成骨修復(fù)，但常因血管化難以建立而導(dǎo)致骨再生 不良。從骨發(fā)育生理學(xué)和臨床角度來(lái)講，人體骨骼發(fā)育和骨折愈合主要通過(guò) ECO 進(jìn)行。ECO 通過(guò)間充質(zhì)干細(xì)胞聚集成團(tuán)、分化為軟骨細(xì)胞，以適應(yīng)骨缺損處低氧和低血供的局部微環(huán)境，并進(jìn)一步增殖成熟為肥大軟骨細(xì)胞，分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）誘導(dǎo)血管侵入解決成骨中心區(qū)域血供不足的問(wèn)題，最終轉(zhuǎn)化為成骨細(xì)胞分泌骨基質(zhì)修復(fù)骨缺損。因此，基于ECO 構(gòu)建生物材料是一種更理想的骨缺損修復(fù)策略。但是，其臨床應(yīng)用仍然受制于 ECO 復(fù)雜的細(xì)胞行為和較長(zhǎng)的體外細(xì)胞誘導(dǎo)周期。

圖1. 功能化微支架水凝膠復(fù)合體系調(diào)控干細(xì)胞軟骨內(nèi)骨化行為修復(fù)骨軟骨缺損示意圖

本文亮點(diǎn)：

圖2. RQA-K@RAMS 的構(gòu)建及表征

  （2）功能化微支架水凝膠全階段調(diào)控并加速 hBMSCs 軟骨內(nèi)骨化行為。RGD 多肽修飾的微支架因?yàn)槠漭^大的比表面積和 3D 多孔結(jié)構(gòu)可以重現(xiàn)細(xì)胞的增殖、聚集行為，并且有利于細(xì)胞和外部環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，水凝膠層不但避免了微支架表面的細(xì)胞流失和注射過(guò)程中因剪切應(yīng)力導(dǎo)致的細(xì)胞損傷，而且為細(xì)胞提供了粘彈性微環(huán)境，進(jìn)一步增強(qiáng)了細(xì)胞的黏附、聚集行為，并且有利于軟骨細(xì)胞增殖和肥大；功能化微支架水凝膠通過(guò)緩慢釋放 KGN，為 hBMSCs 軟骨向分化提供持續(xù)穩(wěn)定的軟骨誘導(dǎo)微環(huán)境，形成更多的軟骨基質(zhì)進(jìn)一步促進(jìn)了軟骨細(xì)胞 肥大化；QK 多肽在體內(nèi)移植時(shí)通過(guò)招募血管內(nèi)皮細(xì)胞形成有利于肥大軟骨細(xì)胞向成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化的血管微環(huán)境。本研究通過(guò)對(duì)接種于功能化微支架水凝膠的 hBMSCs 在進(jìn)行體外軟骨內(nèi)骨化 5 周的誘導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)體外軟骨誘導(dǎo) 2 周就有較高的 COL10A1 的表達(dá)，并且通過(guò)裸鼠皮下異位成骨實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)體外軟骨誘導(dǎo) 2 周展示出了和體外軟骨誘導(dǎo) 3 周肥大 2 周的細(xì)胞-支架復(fù)合體相近的成骨礦化和血管招募能力，表明我們所構(gòu)建的功能化海藻酸鈉微支架水凝膠通過(guò)調(diào)控細(xì)胞軟骨內(nèi)骨化行為，可以顯著加速其軟骨內(nèi)骨化進(jìn)程，并在植入體內(nèi)后表現(xiàn)出良好的成骨礦化和血管招募能力。

 圖5. 裸鼠皮下異位成骨實(shí)驗(yàn)

 圖7. 功能化微支架水凝膠促進(jìn)兔膝關(guān)節(jié)骨軟骨缺損的軟骨下骨層修復(fù)

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c12694