告别骨缺损困扰！Bioact Mater用仿生基质水凝胶打造骨类器官，实现颅骨高效再生

在日常生活中，骨折、骨损伤等问题时有发生，严重影响人们的生活质量。对于大面积的骨缺损，传统的治疗方法，如自体和异体骨移植，存在诸多弊端，像供体短缺、免疫排斥风险等，使得骨组织修复面临巨大挑战。在此背景下，骨类器官因其生理特性与天然骨相近，在骨组织修复领域备受关注，成为科研人员重点研究的方向。

近期，发表于Bioact Mater上的一项研究Sequential construction of vascularized and mineralized bone organoids using engineered ECM-DNA-CPO-based bionic matrix for efficient bone regeneration为骨组织修复带来了新的突破。

该研究聚焦于开发一种新型工程化仿生基质水凝胶，用于构建具有血管化和矿化功能的骨类器官，以实现高效的骨再生。研究人员通过将磷酸钙低聚物（CPO）融入骨源性脱细胞细胞外基质（ECM）和鲑鱼源脱氧核糖核酸（DNA）的组合中，并借助光交联和动态自组装策略，成功制备出具有多功能成分和双网络结构的仿生基质水凝胶。

图 1. 使用工程化的ECM-DNA-CPO仿生基质水凝胶依次构建血管化和矿化骨类器官的示意图

从水凝胶的制备和表征来看，其各成分制备过程严谨。dECM经组织学染色验证，成功去除细胞等杂质且富含胶原蛋白；CPO呈纳米颗粒状，是多种钙磷化合物的混合物，为矿化提供基础；鲑鱼DNA能自组装成水凝胶，其负电荷可促进矿核形成。各成分相互作用，形成的mECM-DNA-CPO水凝胶具备均匀多孔结构，亲水性、机械性能和粘弹性良好，降解速率适宜，为后续细胞培养和分化创造了有利条件。

图 2. 仿生基质水凝胶的制备过程和性能表征

在细胞实验中，该水凝胶表现卓越。它能显著增强骨髓间充质干细胞（BMSCs）的迁移能力，促进其增殖，且细胞在水凝胶中分布均匀、存活率高。同时，水凝胶可加速BMSCs的成骨分化，早期碱性磷酸酶染色强度增加，后期钙沉积明显，相关成骨基因和蛋白表达显著上调。对于人脐静脉内皮细胞（HUVECs），水凝胶能促进其迁移和增殖，加速血管生成，形成的血管网络结构清晰，相关基因表达增加。转录组分析进一步揭示，水凝胶可通过多种机制促进BMSCs的成骨分化和血管生成。

图 3. 通过体外动态培养构建矿化骨类器官

体外构建骨类器官实验发现，动态培养系统比静态培养更有利于骨类器官的形成，随着培养时间增加，骨类器官矿化沉积显著增加。体内构建实验显示，水凝胶在体内能有效降解，植入裸鼠皮下后可形成血管化骨类器官，mECM-DNA-CPO组矿化和血管化效果最为突出。在小鼠颅骨缺损模型实验中，mECM-DNA-CPO水凝胶促进原位血管化骨修复效果显著，缺损面积明显减小，新骨形成增加，骨再生能力增强，且生物相容性良好。

图 4. 工程化仿生基质水凝胶促进颅骨缺损模型的原位骨修复

这项研究成功制备的工程化仿生基质水凝胶，在构建矿化和血管化骨类器官方面表现出色，为骨组织修复提供了创新策略。未来，随着相关研究的不断深入，有望为临床骨缺损治疗带来新的解决方案，让更多患者受益。相信在科研人员的持续努力下，骨组织修复领域将取得更多突破，为人类健康事业发展贡献力量。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Gai T, Zhang H, Hu Y, et al. Sequential construction of vascularized and mineralized bone organoids using engineered ECM-DNA-CPO-based bionic matrix for efficient bone regeneration. Bioact Mater. 2025;49:362-377. Published 2025 Mar 14. doi:10.1016/j.bioactmat.2025.02.033