调节拔牙后复杂的微环境以促进牙槽骨再生是口腔修复治疗面临的紧迫挑战。在这项研究中，本研究通过调控细胞基质的力学性能，引导各种类型的细胞通过自组织形成多细胞球(multicellular spheroids,MCSs)，并在此过程中实现普鲁士蓝纳米颗粒(Prussian Blue nanoparticles,PBNPs)对多细胞球的杂化。构建的普鲁士蓝纳米杂化多细胞球(PBNPs@MCSs)具有强大的抗氧化功能，可有效减少过氧化条件下的细胞凋亡，并在体外和体内均表现出增强的调节微环境和促进骨修复的能力。此外，PBNPs@MCSs表现出增强的光声成像能力，可以追踪低剂量的PBNPs。因此，基于仿生水凝胶构建的PBNPs@MCSs可作为一种新的复合移植物构建形式，在口腔复杂微环境中具有更大的促骨修复应用潜力。
本文中采用的仿生水凝胶制备方法是基于以下因素的调整：（1）两种单体的比例；（2）交联剂的浓度。这些因素共同决定了水凝胶作为细胞培养基质的主要物理特性：粘弹性和细胞黏附位点。根据团队之前的研究，在满足一定的杨氏模量、应力松弛和细胞黏附能力的水凝胶上，不同细胞可以通过自组织形成不同的多细胞结构，例如多细胞球。本研究中，研究者依据上述方法分别构建了适用于多种细胞的体外多细胞球三维培养用的仿生水凝胶。
图1 水凝胶的表征及普鲁士蓝纳米杂化多细胞球的构建实验结果表明，PBNPs@MCSs保留了普鲁士蓝纳米颗粒的光声成像功能，具有光声示踪能力，可以追踪植入体的位置、作用时间和残留量，为移植后的早期诊断和疗效评估提供了重要工具。
图2 普鲁士蓝纳米杂化多细胞球的光声成像
随后，研究者验证了PBNPs@MCSs的抗氧化性，结果表明，普鲁士蓝纳米颗粒的模拟酶活性和清除活性氧功能可以有效保留。PBNPs@MCSs增强了细胞的抗氧化性，保护细胞在较高水平ROS环境下不发生凋亡坏死。
图3 普鲁士蓝纳米杂化多细胞球的抗氧化性
在此基础上，研究者进一步验证了PBNPs@MCSs的抗氧化成骨能力。结果表明，PBNPs@MCSs在体内外均表现出显著的抗氧化促进骨再生能力。在体内实验中，PBNPs@MCSs组在牙槽骨缺损模型中的骨量和骨密度均显著高于对照组，显示出良好的骨再生效果。并且PBNPs@MCSs在体内表现出良好的生物相容性，未引发显著的炎症反应或组织损伤。
图4 普鲁士蓝纳米杂化多细胞球的抗氧化成骨（体外）
图5 普鲁士蓝纳米杂化多细胞球的RUNX-2免疫荧光染色
图6 普鲁士蓝纳米杂化多细胞球的抗氧化成骨（体内1）
图7 普鲁士蓝纳米杂化多细胞球的抗氧化成骨（体内2）
该工作首次通过纳米杂化的方式，在细胞自组织成球过程中负载普鲁士蓝纳米颗粒，在新的种子细胞构成形式上又提供了一种新的纳米药物应用方式。本研究设计的集光声成像、微环境调控、抗氧化促骨修复多功能于一体的普鲁士蓝纳米杂化多细胞球复合植入体具有较大应用开发潜力，可作为一种新的组织工程种子细胞应用形式和纳米药物递送形式，有望为临床牙槽骨吸收患者提供一种新的治疗策略，也打开了纳米药物在组织工程领域新的应用思路。
相关成果以题为“Prussian Blue Nanohybridized Multicellular Spheroids as Composite Engraftment for Antioxidant Bone Regeneration and Photoacoustic Tomography”的论文，于8月20日在线发表于《ACS nano》（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c06835）。工作得到了国家重点研发项目（2021YFA1201302/2021YFA1201301）、江苏省高等学校优势学科建设项目（PADA,2018-87）和国家自然科学基金项目（82304446）的支持。
通讯作者简介：
章非敏，南京医科大学教授，博士生导师。附属口腔医院（江苏省口腔医院）主任医师、江苏省“医学领军人才”。现任中华口腔医学会修复专委会常委，中华口腔医学会美学专委会常委，“十二五”期间国家临床重点专科（南京医科大学口腔修复学）学科带头人和负责人。
胡克，南京医科大学副教授，硕士生导师。研究领域为纳米杂化生物材料及增强诊疗应用, 主持及参与国家自然科学基金、科技部重点研发计划子任务及省部级项目15项，在Advanced Materials, ACS NANO, Biomaterials, Advanced Healthcare Materials, NPG Asia Materials等期刊发表论文39篇,受聘Journal of Biomedical Research 及International Journal of Smart and Nano Materials 青年编委。
产品推荐：
纳米酶材料 - 南京东纳生物科技有限公司
https://www.nanoeast.net/prod_view.aspx?TypeId=307&Id=453&FId=t3:307:3
-END-