Page 42 - 南京医科大学学报自然科学版

第43卷第3期
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节基因的表达高于其他实验组，这提示γ⁃Fe2O3负载
浓度为5%、10%和20%的壳聚糖海绵对rBMSC早期
成骨分化有促进作用。第21、28天茜素红染色定量
检测结果显示：CH5 和 CH10 组矿化物形成量高于
空白对照组，表明γ⁃Fe2O3负载浓度为 5%和 10%的
壳聚糖海绵能够促进rBMSC成骨晚期矿化物形成。
研究表明添加γ⁃Fe2O3能使支架材料的微观结
构发生变化，增加表面积，从而为蛋白质分子提供
更多的黏附空间 ［35］ 。本研究中，壳聚糖海绵表面均
匀分布的γ⁃Fe2O3可能直接影响细胞表面结合的蛋
白质层，增加细胞识别和黏附位点。因此，壳聚糖
海绵的纳米形貌可能是细胞黏附的影响因素，添加
γ⁃Fe2O3改善了壳聚糖海绵的性质，促进更多的蛋白
质结合以及细胞黏附和扩散。
本研究未对负载γ⁃Fe2O3的壳聚糖海绵施加磁
场，也检测到其促进间充质干细胞成骨分化的能
力。考虑到纳米材料对细胞的生物效应应当是系
统化和多因素的，除了磁场刺激，其他物理和化学
等因素的刺激也可能存在。在目前已有的研究中，
机械刺激可以通过细胞内膜系统或细胞骨架传递
到核区并导致核拉伸，从而立即引发染色体反应和
随后的下游信号表达 ［36］ 。较高浓度的γ⁃Fe2O3在细
胞早期增殖及成骨分化方面的促进作用较显著，因
为促进成骨分化的机械应激信号可能在细胞膜和
γ⁃Fe2O3相互作用时便产生。研究表明，γ⁃Fe2O3对地
塞米松诱导的成骨分化表现出抑制作用，并且归因
于从γ⁃Fe2O3 中进入细胞内的游离铁。研究表明，
γ⁃Fe2O3对rBMSC的毒性作用与时间和剂量有关 。
考虑这些结果，较高浓度的γ⁃Fe2O3可能在细胞成骨
分化晚期表现出抑制作用。本研究发现γ⁃Fe2O3负
载浓度为5%、10%和20%的壳聚糖海绵对rBMSC增
殖和成骨分化早期指标均有促进作用，但浓度为
10%时与其余组差异显著，且能够促进 rBMSC 成骨
晚期矿化物的形成，可能是促进成骨分化的合适浓
度，可以作为未来研究γ⁃Fe2O3添加浓度的参考。
综上，本研究通过交联γ⁃Fe2O3改进了用于骨组
织工程的壳聚糖水凝胶支架，证明了负载γ⁃Fe2O3的
壳聚糖多孔海绵对 rBMSC 的体外增殖及成骨分化
具有一定促进作用，是用于骨组织工程治疗骨缺损
很有前景的一项候选方案。但添加γ⁃Fe2O3并未明
显改善壳聚糖多孔海绵的机械性能，未来仍需将其
与生物材料复合以增强其机械性能。此外，rBMSC
在体内的分化与生长过程以及促进 rBMSC 体外增
殖及成骨分化的机制还有待进一步研究。未来将
南 京 医 科 大 学 学 报 2023年3月
通过动物实验来研究负载γ⁃Fe2O3的壳聚糖多孔海
绵支架对体内骨再生的影响，研究在体内多因素影
响的复杂环境中，新型负载γ⁃Fe2O3的壳聚糖多孔海
绵刺激骨再生的功效。
［参考文献］
［1］ HABIBOVIC P. Strategic directions in osteoinduction and
biomimetics［J］. Tissue Eng Part A，2017，23（23/24）：
1295-1296
［2］ WU D，CHANG X，TIAN J J，et al. Bone mesenchymal
stem cells stimulation by magnetic nanoparticles and a
static magnetic field：release of exosomal miR⁃1260a im⁃
proves osteogenesis and angiogenesis［J］. J Nanobiotech⁃
nology，2021，19（1）：209
［3］ LIU M Y，LV Y G. Reconstructing bone with natural bone
graft：a review of in vivo studies in bone defect animal
model［J］. Nanomater Basel Switz，2018，8（12）：999
［4］ MARTIN V，BETTENCOURT A. Bone regeneration：bio⁃
materials as local delivery systems with improved osteoin⁃
ductive properties［J］. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl，
2018，82：363-371
［5］ SOHN H S，OH J K. Review of bone graft and bone substi⁃
tutes with an emphasis on fracture surgeries［J］. Biomater
Res，2019，23：9
［6］ HO⁃SHUI⁃LING A，BOLANDER J，RUSTOM L E，et al.
Bone regeneration strategies：engineered scaffolds，bioac⁃
tive molecules and stem cells current stage and future per⁃
spectives［J］. Biomaterials，2018，180：143-162
［7］ ARTHUR A，GRONTHOS S. Clinical application of bone
marrow mesenchymal stem/stromal cells to repair skeletal
tissue［J］. Int J Mol Sci，2020，21（24）：E9759
［19］
［8］ XU B，YE J，YUAN F Z，et al. Advances of stem cell⁃lad⁃
en hydrogels with biomimetic microenvironment for osteo⁃
chondral repair［J］. Front Bioeng Biotechnol，2020，8：247
［9］ ABINAYA B，PRASITH T P，ASHWIN B，et al. Chitosan
in surface modification for bone tissue engineering appli⁃
cations［J］. Biotechnol J，2019，14（12）：e1900171
［10］ CHENG F，WU Y D，LI H B，et al. Biodegradable N，O⁃
carboxymethyl chitosan/oxidized regenerated cellulose
composite gauze as a barrier for preventing postoperative
adhesion［J］. Carbohydr Polym，2019，207：180-190
［11］ ULRIKE R B，RAINER D，BAPI S，et al. Encapsulation
of rat bone marrow derived mesenchymal stem cells in al⁃
ginate dialdehyde/gelatin microbeads with and without na⁃
noscaled bioactive glass for in vivo bone tissue engineering
［J］. Mater Basel Switz，2018，11（10）：1880
［12］ GUO L，LIANG Z，YANG L，et al. The role of natural poly⁃
mers in bone tissue engineering［J］. J Control Release，
2021，338：571-582