通常情況，外傷、腫瘤或感染會(huì)引起大面積的骨缺損，如何治療仍然是骨科醫(yī)生面臨的巨大挑戰(zhàn)。骨缺損嚴(yán)重延遲愈合甚至不愈合，損害著患者的肌肉和骨骼功能。

目前，骨修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)臨床治療方法是自體和同種異體骨移植。但存在一定的局限性，如供應(yīng)不足、供體引起的并發(fā)癥、疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn)等。骨組織工程的出現(xiàn)，為克服這些局限提供了一種很有前景的方法，近年來引起了研究者的廣泛關(guān)注。

1 基礎(chǔ)知識介紹

間充質(zhì)干細(xì)外泌體和血管新生

血管生成在成骨中非常重要。因?yàn)楣B(yǎng)和供氧不能離開血管方圓200μm之內(nèi)，否則沒有良好的血供，細(xì)胞就活不下去，新骨形成自然受到阻礙。所以，高效的血管生成對于骨形成再生是非常必要的。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）是促進(jìn)成骨和血管新生的潛在治療劑。前期研究表明，在磁性條件下培養(yǎng)的BMSCs產(chǎn)生的外泌體可促進(jìn)傷口愈合。

外泌體是一種直徑為30-150nm的細(xì)胞外囊泡，具有獨(dú)特的介導(dǎo)細(xì)胞間通信和相互作用。間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體（MSC-Exos）在組織修復(fù)和再生中起著重要作用，同時(shí)可以避免細(xì)胞移植風(fēng)險(xiǎn)和免疫反應(yīng)，在儲存和運(yùn)輸方面也相對容易。

磁性納米粒子

磁性納米粒子（MNPs）在骨組織工程中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值（磁性材料如 γ-Fe2O3和Fe3O4），可促進(jìn)成骨和血管生成。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)靜磁場（SMF）刺激的種植體，可促進(jìn)骨愈合。研究還表明，SMF還可改善牙種植體周圍的骨再生。低劑量的MNPs 是安全有效的，現(xiàn)已被FDA批準(zhǔn)用于治療缺鐵性貧血。研究發(fā)現(xiàn)，如果將氧化鐵納米粒子 (IONPs) 注射到梗塞的心臟中，經(jīng)磁引導(dǎo)可減少細(xì)胞凋亡和纖維化，并增強(qiáng)血管生成能力和有助于心臟功能恢復(fù)。

在骨缺損修復(fù)治療過程中，如果磁性納米粒子結(jié)合外泌體使用，或許會(huì)起到更好的治療效果。如果同時(shí)用靜磁場處理一下呢，是不是效果更棒？

2 磁場或磁性材料影響下的干細(xì)胞外泌體

近日，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院吳志宏、邱貴興、王海課題組報(bào)道了一項(xiàng)研究成果，經(jīng)磁場或低劑量磁性納米粒子進(jìn)行預(yù)處理骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞獲得的外泌體，可在骨再生過程中促進(jìn)成骨和促進(jìn)血管生成。這項(xiàng)工作為未來組織工程的骨再生提供一種新的方案。這項(xiàng)研究發(fā)表在Journal of Nanobiotechnology 上。

研究思路

1.?通過磁性納米顆粒和/或靜磁場刺激預(yù)處理BMSCs，獲得兩種新型外泌體，并進(jìn)行鑒定。

2.?進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，測定了外泌體促進(jìn)細(xì)胞增殖、細(xì)胞遷移、成骨分化和成血管情況。

3.?進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn)，測定外泌體對顱骨缺損大鼠模型的成骨和成血管情況。

4.?比較外泌體中的miRNA圖譜，探討其促進(jìn)成骨和成血管可能的機(jī)制。

5.?通過體外功能獲得和喪失實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證第4步的猜想。

體外實(shí)驗(yàn)

▲靜磁場刺激BMSCs后的外泌體成骨能力增強(qiáng)

▲磁場刺激BMSCs后的外泌體成血管能力增強(qiáng)

體外實(shí)驗(yàn)證明，選擇50 μg/mL Fe3O4納米顆粒和100 mT SMF是制造兩種新外泌體（BMSC-Fe3O4-Exos 和 BMSC-Fe3O4-SMF-Exos）的最佳磁性條件。與BMSC-Exos 相比，這兩種新外泌體在體外被證實(shí)可增強(qiáng)成骨和血管生成，其中 BMSC-Fe3O4-SMF-Exos 效果最顯著。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

▲體內(nèi)功能實(shí)驗(yàn)

大鼠顱骨缺損模型實(shí)驗(yàn)證實(shí)，與 BMSC-Exos 相比，兩種新型外泌體在大鼠模型里被證實(shí)更有利于增強(qiáng)成骨和血管生成能力，其中 BMSC-Fe3O4-SMF-Exos 效果最顯著。

外泌體促進(jìn)骨再生的可能機(jī)制

▲BMSC-Fe3O4-SMF-Exos 促進(jìn)成骨和成血管機(jī)制

體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均顯示，BMSC-Fe3O4-SMF-Exos比BMSC-Exos更有效地促進(jìn)成骨和血管生成。這種促進(jìn)作用與BMSC-Fe3O4-SMF-Exos 中高度豐富的 miR-1260a 有關(guān)。

在這項(xiàng)研究中，研究者發(fā)現(xiàn)經(jīng)Fe3O4納米顆粒與SMF聯(lián)合預(yù)處理的BMSCs釋放的外顯子中miR-1260a的豐度顯著增加，并且研究表明BMSCs和HUVECs可以吸收BMSC-Fe3O4-SMF-Exos。此外，miR-1260a分別通過抑制HDAC7和 COL4A2 來增強(qiáng)成骨和血管生成。

3 文末小結(jié)

本研究證實(shí)，經(jīng)低劑量磁性納米粒子（Fe3O4 納米顆粒）與靜磁場預(yù)處理間充質(zhì)干細(xì)胞后產(chǎn)生的外泌體，可增強(qiáng)本身的成骨和血管生成能力，在骨缺損的治療過程中有利于新骨再生。究其機(jī)制，可能是外泌體中miR-1260a靶向 HDAC7 和 COL4A2 在骨再生過程中起著至關(guān)重要的作用。 這項(xiàng)研究為組織工程促進(jìn)骨再生提供了一種新的方法。