肌肉骨骼系统，尤其是腱‑骨界面，在人体运动功能中发挥着关键作用 (1)。腱‑骨界面是肌腱与骨骼的附着部位，由肌腱、纤维软骨和骨组织构成，相邻组织间呈渐进、连续的过渡结构 (2‑4)。这种特殊结构的界面能够有效缓解应力集中 (5,6)。当发生损伤时，由于其生理结构复杂、自身再生能力较弱，临床手术治疗往往易形成瘢痕组织，而非天然的腱‑骨界面结构，导致再损伤风险较高 (5,7)。
在腱‑骨损伤修复领域，传统生物材料生物功能单一，仅能促进骨整合或肌腱成熟 (8‑11)。近年来，研究人员开发出双相或多相支架，可同时作用于界面处的多种组织 (12,13)。例如，杨等人 (14) 通过巯基与铜（Cu）、锌（Zn）离子交联，构建了基于双金属离子的梯度水凝胶；朱等人 (13) 设计了一种三相支架，上层为阵列孔道结构、中层具备矿物成分梯度、底层为矿化反蛋白石区域；为更真实地模拟界面组分，唐等人 (15) 制备了梯度书页状三相支架，由脱细胞肌腱、纤维软骨及骨组织构成。尽管腱‑骨损伤的修复效果已得到改善，但界面处瘢痕组织形成与运动功能受限的问题仍难以避免 (1,5)。
主要原因之一是，目前研发的多数生物材料仅聚焦于调控与腱‑骨直接相关的生物学功能 (16,17)，如成骨分化或成腱分化，却忽视了损伤部位周围的三维微环境，尤其是体内免疫细胞引发的炎症反应 (12,18,19)。在各类免疫细胞中，巨噬细胞因与肌腱纤维化密切相关，在腱‑骨损伤研究中受到越来越多关注 (20,21)。既往研究表明，减少腱‑骨界面 M1 型巨噬细胞聚集、诱导 M2 型巨噬细胞极化，可获得更优的组织学与生物力学性能 (22,23)。但受较高的肌肉负荷与应力影响，腱‑骨界面处巨噬细胞的 M1/M2 表型转换常发生延迟，进而引发慢性炎症 (21,24)。
免疫微环境通常决定组织损伤的修复结局 (25‑27)。适度炎症反应可启动组织修复，而过度炎症会阻碍修复进程，诱导损伤部位形成病理性纤维化或瘢痕结构，使生物材料丧失预期功能 (25,28‑30)。因此，理想的腱‑骨组织工程支架除具备多组织再生能力外，还需充分兼顾三维生物微环境的免疫调控功能。
近年来，基于生物打印技术的三维多细胞支架已广泛应用于复杂组织再生领域 (31‑33)。这类多细胞支架可根据需求个性化调控生物墨水组分，实现细胞‑细胞、细胞‑周围微环境的相互作用调控 (34‑36)；同时能够便捷模拟复杂组织的组分与结构，对腱‑骨界面的微观结构重建具有积极作用 (37,38)，为构建理想的腱‑骨组织工程支架提供了新思路。
要实现免疫调控与一体化再生，生物墨水的设计至关重要。本课题组前期研究发现，硅酸盐生物陶瓷可通过释放生物活性离子构建适宜的生理微环境，进而调控细胞行为与细胞间信号交流 (39‑41)。硅（Si）是骨骼与结缔组织的组成元素之一，已被用于软硬组织损伤修复 (42,43)；锰（Mn）是生物体内多种关键酶的重要辅因子，有研究表明锰缺乏会造成细胞黏附、增殖及分化能力受损 (45)。此外，锰离子可促进血管生成，而血管生成是成骨与成腱过程的必要条件 (36,46,47)。已有研究证实，含锰生物材料可抑制肿瘤坏死因子‑α（TNF‑α）、白细胞介素‑6（IL‑6）、抑瘤素 M（OSM）、白细胞介素‑1β（IL‑1β）等典型促炎基因的表达，同时上调巨噬细胞内白细胞介素‑10（IL‑10）、精氨酸‑1（Arg‑1）、CD206 及血管内皮生长因子（VEGF）等抗炎基因的表达 (36)。基于硅、锰元素的上述特性，我们推测复合锰‑硅基生物材料的生物墨水，可赋予多细胞支架调控免疫、实现腱‑骨损伤一体化再生的潜力。
本研究成功构建了基于硅酸锰（MS）纳米颗粒的多细胞支架，用于腱‑骨损伤的免疫调控与一体化再生。具体而言，支架内分层分布肌腱干 / 祖细胞（TSPCs）与骨髓间充质干细胞（BMSCs），实现对腱‑骨界面的仿生模拟（图 1）。得益于多细胞排布与硅酸锰纳米颗粒的协同作用，该多细胞支架在体外展现出良好的免疫调控能力与腱‑骨一体化再生潜力。将多细胞支架植入兔与大鼠肩袖撕裂（RCT）模型后，可同时实现免疫调控、界面微观结构重建及运动功能恢复。随后，我们将硅酸锰基多细胞支架植入巨噬细胞耗竭大鼠体内，进一步阐明免疫调控过程对支架特异性分化的作用，并深入探究锰离子通过免疫调控促进腱‑骨界面再生的分子机制。综上，构建免疫调节型多细胞支架，为软硬组织界面的一体化再生提供了前景的新策略。
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为探究巨噬细胞耗竭对硅酸锰（MS）纳米颗粒复合支架促再生效果的影响，参照已有文献方法 (57) 构建 SD 大鼠巨噬细胞耗竭模型。采用 ** 氯膦酸二钠脂质体（荷兰 LIPOSOMA 公司产品）** 耗竭巨噬细胞。首先，将 6 周龄雄性 SD 大鼠随机分为两组：一组给予脂质体包裹的磷酸盐缓冲液（GelMA‑cells‑MS+PBS 组），另一组给予氯膦酸二钠脂质体（GelMA‑cells‑MS + 氯膦酸二钠组）。所有大鼠均于支架植入前第 1、3 天接受注射处理。剃除大鼠背部毛发后，使用碘伏溶液对背部皮肤进行消毒；随后于背部一侧构建皮下腔隙，用于植入支架，采用 4‑0 号 Ethibond 缝线缝合皮肤切口。自术后第 1 天起，每 3 天在腔隙内局部注射无菌氯膦酸二钠脂质体或脂质体包裹的磷酸盐缓冲液（剂量 50 mg/kg）。术后 2 周处死大鼠并取出支架。分析实验结果时，研究人员对动物分组采用盲法。
清除效果：
论文信息：
论文题目：Immunomodulatory multicellular scaffolds for tendon-to-bone regeneration
期刊名称：Science Advances
时间期卷：Vol 10, Issue 10(2024)
在线时间：2024年3月8日
DOI: 10.1126/sciadv.adk6610
产品信息：
货号：CP-005-005
规格：5ml+5ml
品牌：Liposoma
产地：荷兰
名称：Clodronate Liposomes&Control Liposomes
办事处：靶点科技
