IF 10.383| BioTNT助力生物材料研究：基于掺锂二氧化钛的多层分级结构加速神经诱导的骨再生
2024年4月，兰州大学医学院在国际期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表的，题为“Lithium-Doped Titanium Dioxide-Based Multilayer Hierarchical Structure for Accelerating Nerve-Induced Bone Regeneration”的论文。Qianqian Zhang, Shuting Gao同位第一作者，Kailiang Zhang, Jun Hai, Baoping Zhang为通讯作者。
背景: 骨组织工程的临床应用一直面临着与骨缺损相关的挑战。传统的骨组织工程主要关注血管化及其他与骨形成直接相关的生物过程。与传统工程不同，成功骨再生在很大程度上依赖于功能性的神经供应。这种供应为骨细胞提供营养支持，调节血流，并调节炎症反应。然而，目前用于骨组织再生的材料功能单一，导致神经诱导成骨存在空白。此外，在临床中，对既能促进成骨和血管生成又能支持神经生长的多功能材料的需求日益增加。为了满足这些高标准，需要具有广泛性能的生物材料。.
研究信息：我们提出了一种通过微弧氧化结合碱热处理构建的掺锂（Li）二氧化钛多层分级结构。该结构能够诱导 Li 离子的持续释放，模拟高脑源性神经营养因子（BDNF）表达的神经营养成骨环境。在体外实验中，该结构促进了施万细胞（SCs）的分化以及人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和小鼠胚胎成骨细胞前体细胞（MC3T3-E1）的生长。此外，在共培养系统中，SC 条件培养基显著增加了碱性磷酸酶表达和钙结节的形成，显示出该材料在神经诱导骨再生方面的巨大潜力。在基于大鼠远端股骨缺损模型的体内实验中，该结构通过增加植入物周围组织的神经网络密度显著增强了骨愈合。总之，本研究阐明了骨再生中涉及的神经营调机制，为解决骨畸形问题提供了一种有前景的方法。
使用产品：
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cust-其他引物
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200ul*10um*2
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4.4. 神经营养因子/成骨/血管生成相关基因表达分析
将这三种不同细胞系接种到涂层上培养 3 天后，使用总 RNA 提取试剂盒（15596−026, Invitrogen）提取总 RNA，并通过 RT-PCR 使用合成引物（BioTNT, 上海, 中国）检测 GDNF、BDNF、PMP22、MPZ、CREB、GSK3-β、BMP-2 和 VEGF 等基因的表达。引物序列见补充表 2。此外，通过 Western blotting 测定 SCs 中 CREB、MC3T3-E1 中 BMP-2 和 GSK3-β 以及 HUVECs 中 VEGF 的蛋白表达水平。提取总蛋白后，每组取 30 μg 蛋白样品进行 SDS-PAGE 电泳，并转移到聚偏氟乙烯（PVDF）膜上。Western blotting 使用以下一抗：抗 CREB 抗体（1:1000, Abcam）、抗 BMP-2 抗体（1:1000, Abcam）、抗 GSK-3β 抗体（1:1000, Abcam）、抗 VEGF 抗体（1:1000, Abcam）和抗 GAPDH 抗体（1:5000, YM3029, Immunoway）。然后用山羊抗兔二抗（1:10000, RS0002, Immunoway）孵育 PVDF 膜。将其置于凝胶成像系统中成像（Chemi Doc XRS System）。使用 ImageJ 软件分析蛋白条带的灰度值。本文使用的抗体均列于补充材料表 3 中。
结果：
SCs、MC3T3-E1 和 HUVECs 细胞系中的基因和蛋白表达。（A）通过 RT-PCR 分析与成骨、血管生成和神经营养相关的基因的相对 mRNA 表达。（1–5）SCs 在材料表面的神经营养因子基因（BDNF、GDNF、MPZ、PMP22 和 CREB）的相对表达。（6–7）MC3T3-E1 在材料表面的成骨基因（GSK-3β 和 BMP-2）的相对表达。（8）HUVECs 在材料表面的血管生成基因 VEGF 的相对表达。（B）与神经营养因子、成骨和血管生成相关的蛋白水平及其表达水平的定量分析。图 4A、B 中的数据通过单因素方差分析（one-way ANOVA）进行分析，并以均值 ± 标准差（mean ± SD）表示，*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001，* 表示指定组间具有统计学差异。
结论：
骨组织由感觉神经和交感神经密集支配，神经生成通过分泌神经递质、神经肽、轴突导向因子和神经营养因子在骨再生过程中发挥关键作用。本研究开发了一种基于钛基底的掺锂多层分级结构，以促进神经支配并加速骨再生。这种掺锂材料具有优异的生物相容性，可显著增强施万细胞（SCs）的神经分化和 MC3T3-E1 细胞的成骨分化，并在体外促进人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的血管生成。值得注意的是，掺锂多层分级结构在大鼠远端股骨缺损模型中激活了感觉神经支配，增强了骨再生和重塑。研究结果表明，掺锂多层分级结构为神经生长和骨再生创造了良好的微环境，为未来加快和改善骨修复治疗提供了有前景的临床应用。