Co‑delivery and controlled release of stromal cell‑derived factor‑1α chemically conjugated on collagen scaffolds enhances bone morphogenetic protein‑2‑driven osteogenesis in rats

doi:10.3892/mmr.2016.5339

.2016年7月；14(1):737-45.

doi:10.3892/mmr.2016.5339。 Epub 2016年5月24日。

胶原支架上化学偶联的基质细胞衍生因子-1α的共传递和控制释放增强大鼠骨形态发生蛋白-2驱动的成骨作用

孙海鹏¹, 王金明（Jinming Wang）¹, 邓飞龙¹, 刘云（Yun Liu）¹, 庄秀梅², 徐嘉云¹, 龙莉^三

附属公司

¹中华人民共和国广东省中山大学广东省口腔重点实验室光华口腔学院口腔医院口腔种植科，广东广州510055。
²中华人民共和国广东省广州市中山大学孙中山纪念医院口腔种植科，邮编510055。
^三中华人民共和国广东省中山大学广东省口腔重点实验室光华口腔学院口腔医院口腔颌面外科，广东广州510055。

PMID： 27220358
预防性维修识别码：项目经理4918613
内政部： 10.3892米/2016.5339

胶原支架上化学偶联的基质细胞衍生因子-1α的共传递和控制释放增强大鼠骨形态发生蛋白-2驱动的成骨作用

孙海鹏等。摩尔医学代表. 2016年7月.

.2016年7月；14(1):737-45.

doi:10.3892/mmr.2016.5339。 Epub 2016年5月24日。

作者

孙海鹏¹, 王金明（Jinming Wang）¹, 邓飞龙¹, 刘云（Yun Liu）¹, 庄秀梅², 徐嘉云¹, 龙莉^三

附属公司

¹中华人民共和国广东省中山大学广东省口腔重点实验室光华口腔学院口腔医院口腔种植科，广东广州510055。
²中华人民共和国广东省广州市中山大学中山纪念医院口腔种植科，邮编510055。
^三中华人民共和国广东省中山大学广东省口腔重点实验室光华口腔学院口腔医院口腔颌面外科，广东广州510055。

PMID： 27220358
预防性维修识别码：项目经理4918613
内政部： 10.3892米/2016.5339

摘要

骨形态发生蛋白-2（BMP-2）在新型骨形成中的递送系统和临床应用研究一直备受关注。然而，当前的递送系统需要高水平的BMP‑2才能发挥生物功能。高水平BMP‑2的使用存在一些问题，包括安全性和高治疗成本。因此，需要制定降低这些输送系统所需BMP‑2水平的策略。在我们之前的研究中，开发了一种可控释放系统，该系统使用Traut试剂和交联剂4‑（N‑马来酰亚胺‑甲基）环己烷‑1‑羧酸3‑磺基-N羟基琥珀酰亚胺酯钠盐（sulfo‑SMCC）直接在胶原膜上化学偶联BMP‑2。在当前的研究中，检测了胶原支架上交联的基质细胞衍生因子-1α（SDF‑1α）的保留效率和释放动力学。此外，还评估了大鼠皮下植入后SDF‑1α的成骨活性和胶原盘上交叉连接的BMP‑2的次优剂量。分析采用了独立的双尾t检验和单因素方差分析。在本研究中，证明了胶原支架上化学偶联的SDF‑1α的可控释放。通过优化Traut试剂和Sulfo‑SMCC交联剂的浓度，与物理吸附法相比，SDF‑1α共价保留在胶原支架上的水平明显更高。间充质干细胞归巢表明，胶原支架上交联的SDF‑1α的生物学功能保持不变。在大鼠体内，与物理吸附法相比，使用SDF‑1α和在胶原支架上交叉连接的次优剂量BMP‑2联合治疗可诱导较高水平的异位骨形成。单独使用次优剂量的BMP‑2治疗后，未观察到异位骨形成。因此，SDF‑1α和胶原支架上化学偶联的次优剂量BMP‑2的联合递送可降低骨损伤治疗所需的BMP鄄2水平，降低副作用风险。

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数字

图1
胶原蛋白盘尺寸。（A）胶原蛋白支架概述（长2.5cm；宽2cm）。（B）均匀的圆形胶原蛋白盘（直径6.4mm；厚度×0.5mm）。（C）胶原蛋白盘的扫描电子显微镜（比例尺=50μm） ●●●●。

图2
胶原蛋白SH的形成和与SDF-1α的结合。（A） Traut试剂的分子结构及其与胶原支架的相互作用。（B）使用磺化-SMCC在胶原-SH支架上偶联SDF-1α。SDF-1α，基质细胞衍生因子-1α；磺化SMCC，4-（N-马来酰亚胺-甲基）环己烷-1-羧酸3-磺化-N-羟基琥珀酰亚胺酯钠盐。

图3
SDF-1α与磺化-SMCC交联剂和胶原蛋白-SH（SDF-1β交联胶原蛋白组），以及与磷酸盐缓冲盐水和胶原蛋白（SDF-α物理吸附胶原蛋白）的结合曲线。使用ELISA进行测量。数据表示为平均值±标准偏差，^**P<0.01。SDF-1α，基质细胞衍生因子-1α；磺化SMCC，4-（N-马来酰亚胺-d-甲基）环己烷-1-羧酸3-磺化-N-羟基琥珀酰亚胺酯钠盐；OD，光密度。

图4
胶原支架中SDF-1α的释放动力学*体外试验。*数据表示为平均值±标准偏差，^*P<0.05，^**P<0.01。SDF-1α，基质细胞衍生因子-1α。

图5
载SDF-1α胶原支架作为间充质干细胞化学吸引剂的能力。（A）下Transwell室迁移的间充质干细胞的4′，6-二氨基-2-苯基吲哚染色图像；比例尺，50μm。（B）空白胶原、SDF-1α交联胶原和SDF-1α物理吸附胶原组中细胞归巢的结果。数据表示为平均值±标准偏差，^**P<0.01。SDF-1α，基质细胞衍生因子-1α。

图6
植入后4周进行Von Kossa染色。黑色/棕色染色显示钙沉积阳性。（A、B）空白胶原组；（C和D）低剂量BMP-2交联胶原组；（E和F）SDF-1α/低剂量BMP-2物理吸附胶原组；（G和H）SDF-1α/低剂量BMP-2交联胶原组。白色边框表示放大区域。（A、C、E、G），比例尺=50μm、放大倍数，×200；（B、D、F、H），比例尺=20μm、放大倍数，×400。SDF-1α，基质细胞衍生因子-1α；BMP-2，骨形态发生蛋白-2。

图7
SDF-1α/次优BMP-2交联胶原组和SDF-1β/次优BMP-2物理吸附胶原组中钙化组织的百分比。数据表示为平均值±标准偏差，^**P<0.01。SDF-1α，基质细胞衍生因子-1α；BMP-2、骨形态发生蛋白-2。

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[1] Dimitriou R、Jones E、McGonagle D、Giannoudis PV。骨再生：当前概念和未来方向。BMC Med.2011；9点66分。doi:10.1186/1741-7015-9-66。-DOI程序-项目管理咨询公司-公共医学

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