应力松弛丝素凝胶支架基于力学传导和骨免疫调节促进骨再生的作用与机制研究

作     者：董立立 李林昊 杨力 黄伟 

作者机构：重庆医科大学附属第一医院骨科重庆400010 重庆大学生物流变科学与技术教育部重点实验室重庆400030 北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100083 

出 版 物：《医用生物力学》 (Journal of Medical Biomechanics)

年 卷 期：2024年第39卷第S1期

页      面：557-558页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金项目,U22A20284 重庆市自然科学基金博士后项目,CSTB2022NSCQ-BHX0683 重庆市人社局博士后项目,2112012726787861 

主　　题：巨噬细胞极化 应力松弛 细胞应答 骨再生 免疫调节 生物学机制 再生效应 免疫应答 

摘      要：目的天然骨ECM与骨再生微环境在力学上呈现黏弹性,且具有较快应力松弛。而黏弹性在体内外调节细胞应答与骨再生的机制尚不清楚。本课题通过构建应力松弛可控的SF冷冻凝胶,旨在探究应力松弛通过调控骨免疫微环境促进骨再生的作用及其调节巨噬细胞极化与免疫应答的力生物学机制。方法利用冷冻相变法构建黏弹性可调的SF冷冻凝胶,以模拟骨再生力学微环境;通过构建大鼠股骨髁缺损模型,考察应力松弛SF凝胶的促骨再生效应;体内sc RNA-seq并结合细胞/分子生物学技术揭示应力松弛效应促进骨再生的机制及介导巨噬细胞极化的力转导机制。结果通过冷冻相变法可成功构建黏弹性可控的大孔径丝素冷冻凝胶,在骨缺损修复中证实快速应力松弛SF凝胶显著促进骨再生。体内sc RNA-seq结果表明,相比于纯弹性与慢松弛SF凝胶,快松弛凝胶在骨修复前期(10 d左右)诱导了更高比例的Mrc1+/CD163+的促再生型巨噬细胞。体外实验进一步证实,应力松弛通过Piezo1-YAP途径调节组蛋白乙酰化修饰,进而调控巨噬细胞促再生型极化。结论骨修复材料的黏弹性与应力松弛效应对骨再生至关重要。其可通过调节巨噬细胞介导的免疫微环境促进骨再生。尤为重要的是,巨噬细胞膜上的力感应蛋白Piezo1通过感知凝胶应力松弛,促进下游YAP激活与核转位,进而调节组蛋白乙酰化修饰,最终向再生型极化以参与骨再生。