近期，辽宁省肿瘤医院姜大庆教授和大连理工大学齐民教授在科爱出版创办的期刊 Bioactive Materials 上联合发表研究文章：源自人类脂肪干细胞（hADSCs-Exos）的外泌体已显示出作为修复骨缺损的有效治疗工具的潜力。尽管金属有机框架 (MOF) 支架是骨组织再生的有前途的策略，但它们在外泌体负载中的潜在用途仍未探索。受 hADSCs-Exos 和 Mg-GA MOF 潜在优势的启发，课题组设计并合成了一种外泌体功能化的无细胞 PLGA/Mg-GA MOF (PLGA/Exo-Mg-GA MOF) 支架，采用hADSCs-Exos、Mg 2+和没食子酸 (GA) 构建独特的纳米结构界面以同时增强成骨、血管生成和抗炎能力的好处。本文为设计具有增强成骨特性的外泌体涂层纳米复合材料支架提供了有价值的新见解。

01 研究内容简介

由创伤、感染、肿瘤或固有遗传疾病引起的骨缺损的再生是一项全球性的临床挑战。每年进行超过 1000 万例骨移植手术，并且每年仍以 10% 的速度增长。尽管骨具有自愈能力，但较大的骨缺损优先采用自体骨移植治疗，然而，骨供应有限和供区发病率是这种方法的主要缺点。同样，同种异体骨移植表现出较差的稳定性、显着的失败率，并且由于免疫排斥而存在移植物抗宿主病的风险。因此，这些策略并不是骨再生的最佳治疗选择。没有外部接种干细胞的骨再生，称为无细胞再生，是解决这些细胞衍生问题的有希望的解决方案。事实上，植入无细胞支架用于无细胞骨组织再生已成为避免这些问题的一种前瞻性方法。

金属有机框架 (MOF) 支架的应用是一种很有前景的骨组织再生策略。此外，库珀等人报道了一种生物相容的多孔镁-没食子酸金属有机骨架，其在生理液中的缓慢降解导致 GA 和 Mg 2+的释放。Mg 2+是细胞中含量最丰富的二价阳离子，可调节多种细胞功能，包括细胞信号传导、细胞生长、代谢和增殖。有研究报道，通过生物降解形成的 Mg 2+通过提高自噬活性来促进 MSCs 的成骨分化。因此，适当的 Mg 2+浓度可激活细胞膜上的钙离子通道并促进钙沉积，这对骨骼生长至关重要。此外，Mg 2+的血管生成 和抗炎活性在各种骨再生条件下提供额外的保护。因此，这些分子是优良的骨形成因子，是镁骨组织工程材料广泛用于骨修复的基础。GA 及其衍生物是一组具有强效抗氧化和抗炎能力的多酚化合物。人们普遍认为，通过减轻炎症可以恢复成骨分化，因此，GA 可以在骨形成中发挥关键作用。虽然关于 MOF 用于药物输送的研究迅速增加，它们在外泌体加载方面的潜在应用仍未得到充分探索。

示意图为外泌体功能化 PLGA/Mg-GA MOF 支架用于加速骨再生的制造和机制的方案。PLGA/Mg-GA MOF 复合支架是使用 PLGA 和 Mg-GA MOF 的聚合物共混物使用静电纺丝制造的。然后将人类 ADSCs 衍生的外泌体整合到 PLGA/Mg-GA MOF 复合支架上，并将功能化支架植入大鼠颅骨缺损中，以评估骨再生、血管形成和抗炎特性。

示意图. 本文的研究概要

一. hADSC 和 hADSCs-Exos表征

在这项研究中，我们选择脂肪组织作为外泌体的来源。人体脂肪组织是通过吸脂获得的.通过光学显微镜评估的培养的hADSCs形态。为了鉴定 hADSC 特征，进行了多谱系电位测定和流式细胞术分析。hADSC 在各自的诱导培养基中分化为脂肪细胞、成骨细胞和软骨细胞。此外，CD34 和 CD45 在 hADSCs 中呈阴性表达，而 CD105、CD73 和 CD90 呈阳性表达。

图1. 人类 ADSC 和 hADSCs-Exos 特征。

二. PLGA/Mg-GA MOF支架的制备和表征

XRD进一步证明了 Mg-GA MOF 的成功合成。Mg-GA MOF 的结晶度为 6.96 (0.07)%。我们使用FT-IR光谱分析来表征 Mg 和 GA 之间的化学键和相互作用。我们使用FESEM表征了 Mg-GA MOF 颗粒的表面形态，结果表明 MOF 颗粒的尺寸和形状是不规则的。随后我们使用静电纺丝技术制备了 PLGA/Mg-GA MOF 复合支架并评估了理化性质。

图2. Mg-GA MOF复合支架的制备和表征。

三. PLGA/Mg-GA MOF及PLGA/Exo-Mg-GA MOF支架的体外生物学特性（图3-7）

PLGA/Mg-GA MOF支架具有良好的生物相容性。在成骨分化方面，PLGA/Mg-GA2组显示出最有效的成骨能力，因此用于后续实验。由于外泌体膜的负电位，Mg-GA MOF 电纺纤维带正电。外泌体和 Mg-GA MOF的自组装由静电相互作用驱动。与对照组相比， PLGA/Exo-Mg-GA2中观察到外泌体的吸附效率明显更高。外泌体从 PLGA/Mg-GA2支架中持续缓慢释放长达 10 天。PLGA/Exo-Mg-GA2支架的细胞相容性要比PLGA/Mg-GA2支架更好。支架上的 hADSCs-Exos与 hBMSCs 相互作用，快速促进细胞增殖和粘附。此外，PLGA/Exo-Mg-GA2支架的体外成骨、成血管及抗炎能力均强于PLGA/Mg-GA 2组。

图3. PLGA/Mg-GA MOF支架的体外生物学特性。

图4. hADSCs-Exos 与 PLGA/Mg-GA MOF 支架的粘附。

图5. Exo-Mg-GA MOF 支架的体外生物学特性。

图6. 不同支架提取物的体外成骨和血管生成作用。

图7. PLGA/Exo-Mg-GA 支架的抗炎能力。

四. PLGA/Exo-Mg-GA MOF支架的体内骨再生能力（图8-9）

图8. Micro-CT用于评估外泌体涂层 Mg-GA MOF 支架对体内骨再生的影响。

图9. 外泌体涂层 Mg-GA MOF 支架体内骨再生的组织学分析。