载rhPDGF-BB氨基功能化MBG控释系统用于骨质疏松兔上颌窦底提升的研究

Maxillary sinus floor elevation with autogenous bone graft was commonly used to solve the problem of insufficient bone mass in posterior maxillary teeth district. However, autologous bone from osteoporosis patients is unable to meet the clinical demand. Compared to the activity of bone forming cells, the osteoclast activity is relatively increased in osteoporosis. Currently, rhPDGF-BB has been applied in clinical alveolar bone defect repair due to its ability of promoting osteogenic differentiation. Meanwhile, preliminary study of our group found that rhPDGF-BB could promote osteogenic differentiation of BMSCs and inhibit the formation of osteoclasts in bone marrow cells from the osteoporosis. This biological activity of rhPDGF-BB is conducive to solving bone regeneration problems of osteoporosis patients. Amino functional group is used to improve the osteoinductivity of mesoporous bioactive glasses (MBG) in this study. Tissue engineered bone constructing with bone marrow stromal cells (BMSCs), rhPDGF-BB and MBG is applied to elevate maxillary sinus floor in osteoporosis rabbits. And the effects and mechanisms of rhPDGF-BB on osteoblast/osteoclast differentiation of osteoporosis-derived cells is explored at the same time, which provides a theoretical basis for rhPDGF-BB used to regenerate maxillary bone in osteoporosis patients.

上颌窦底提升术常用自体骨移植解决上颌后牙区行种植修复时骨量不足的问题。但对于骨质疏松患者，其自体骨无法满足临床需求。骨质疏松时，与骨形成细胞的活性相比，破骨细胞的活性相对增加。rhPDGF-BB因具有促进骨形成细胞成骨分化的能力，在临床上已应用于牙槽骨缺损修复，且课题组前期研究发现rhPDGF-BB在促进骨质疏松来源骨髓基质干细胞BMSCs成骨分化的同时能抑制其骨髓细胞中的破骨细胞形成。rhPDGF-BB这种生物活性有利于解决骨质疏松患者骨再生难题，但其作用机制还有待进一步探讨。本研究应用氨基官能团提高介孔材料的骨诱导性，制备载rhPDGF-BB氨基功能化介孔生物活性玻璃控释系统，复合BMSCs构建组织工程骨，用于骨质疏松兔上颌窦底提升研究，同时探讨rhPDGF-BB调控骨质疏松来源细胞成骨/破骨分化的作用，并揭示相关机制，为rhPDGF-BB用于骨质疏松患者颌面部骨组织再生提供理论依据。

近来年由于疾病、创伤、交通事故和人口老龄化造成的骨组织缺损严重危害着人类的健康。较小的骨缺损能够自我修复，但当缺损到达一定程度后，机体的修复能力不足以使其愈合，这个临界值称为极限骨缺损，这时需要植入生物材料促进骨组织修复，因此骨修复材料的社会需求越来越大。本论文以硅钙基介孔生物活性材料为出发点，采用简单的工艺构建了具有高生物活性、适宜的降解性、优异的表界面性质以及药物蛋白缓释特性的骨组织工程支架系统，通过细胞和动物极限骨缺损模型实验对支架系统体内、外成骨性能进行了一系列研究，主要包括以下四部分工作：.（1）利用简单的粉体压制工艺，成功制备了介孔生物玻璃（MBG）支架。MBG支架不仅具有100-300 μm相互连通的大孔结构，抗压强度达到0.3 MPa。利用后嫁接法成功将氨基（-NH2）或羧基（-COOH）引入MBG支架，分别得到-NH2或-COOH功能化的MBG支架材料。.（2）系统研究了-NH2功能化的MBG支架对骨质疏松模型骨缺损的修复能力。发现-NH2功能化的MBG支架能够更好地活化钙敏受体（CaSR）。将骨髓基质干细胞（BMSCs）和重组人血小板源生长因子（rhPDGF-BB）负载在-NH2功能化的MBG支架制备复合支架，研究复合支架对骨质疏松兔子上颌窦提升的效果。实验结果表明同时负载BMSCs和rhPDGF-BB能够有效地促进上颌窦的提升。.（3）选取治疗骨质疏松药物阿仑膦酸钠（AL）作为模型药物，通过体外负载和释放实验发现-NH2功能化的MBG支架药物负载量大且具有更明显的体外缓释效果，这是由于支架表面-NH2与AL分子之间能够形成较强的化学作用力，同时细胞实验结果表明在较低的浓度范围内AL能够促进细胞的增殖和成骨分化。骨质疏松大鼠颅骨极限缺损（5 mm）修复实验表明-NH2功能化的MBG支架具有优异的体内成骨性能。.（4）为了赋予LPMS更好的生物活性，以LPMS为模板和硅源、Ca(NO3)2为钙源，通过固相反应成功合成出了硅钙基大孔径介孔生物活性材料（LPMSC）。LPMSC蛋白负载能力达到100 mg/g左右，很好地满足了骨修复蛋白体内用量的要求。