文獻信息
四川大學高分子科學與工程學院，高分子材料工程國家重點實驗室、四川大學華西口腔醫(yī)院口腔疾病國家重點實驗室及國家口腔疾病臨床研究中心等團隊的研究成果“Architecture mechanics mediated osteogenic progression in bone regeneration of artificial scaffolds”（建筑力學介導的人工支架骨再生成骨過程）在學術期刊《Science Advances》（IF：12.5）上發(fā)表。平生公司的離活一體CT（NEMO）在論文中提供了重要的大鼠股骨骨干圖像和定量分析結果。

該論文通訊作者為楊偉教授，第一作者為龍思羽老師。

文獻摘要
支架結構通過應力傳遞對成骨效應產生相當大的影響，因為支架的變形改變了粘附在支架表面的細胞的機械微環(huán)境。盡管對支架結構對骨再生的影響進行了廣泛的研究，但目前的研究還沒有解決支架結構誘導細胞應力刺激（SASS）的生物學機制，這對揭示支架結構和成骨進展之間的生物力學線索構成了巨大挑戰(zhàn)。因此，制備了變形后對細胞進行梯度應力刺激的石墨、富勒烯和金剛石支架。通過單細胞RNA測序，SASS的細胞生物力學機制表明，提供SASS的架構可以誘導骨髓間充質干細胞的局灶性粘附和成骨分化途徑的富集，平衡破骨細胞的骨吸收和骨形成。

實驗方法
臨界尺寸大鼠股骨骨干骨缺損模型
在雄性Sprague-Dawley大鼠（220 g，每組n=12）股骨中制備了半圓柱形（直徑：3 mm，高度：1.5 mm）的臨界大小的大鼠股骨缺損，以評估不同支架的骨重建潛力。將大鼠麻醉，皮膚用碘伏消毒。所有大鼠缺陷均用三組中的一組填充：（i）GP、（ii）FL和（iii）DM。不設空白組的原因是未植入的大鼠將在不到5天內死亡。最后，仔細縫合傷口并用碘伏消毒。在植入后1個月和3個月對大鼠實施安樂死，取出股骨并用1%多聚甲醛固定以供進一步分析。

影像學評價
微型計算機斷層掃描Micro-CT（NMC-100，平生醫(yī)療科技有限公司）掃描大鼠股骨（n=5）,電壓90 kV、電流0.05 mA、像素大小15μm。掃描結束后用Avatar (v1.6.9.3,平生醫(yī)療科技有限公司)軟件對數據進行重建和分析。選取股骨上方直徑為3mm、高度為1.5mm的半圓柱形區(qū)域作為感興趣區(qū)域，定量計算骨小梁微結構參數包括BMD、BV/TV、BS/BV、Tb.Th和Tb.N。

實驗結果
在2D和3D重建圖像中（圖4B），DM組的新骨形成密度較高，而GP和FL組的新形成骨在嚴重股骨缺損愈合4周后沒有完全填充支架孔。經過12周的愈合期后，2D和3D重建圖像（圖4C）顯示支架內的大多數內部孔隙都填充了新形成的骨組織；然而，應該指出的是，與GP和FL組相比，DM組的皮質骨覆蓋范圍更廣。盡管GP和FL支架周圍有一些新形成的皮質骨，但并未實現完全包裹。經過統(tǒng)計和分析，在4至12周內，所有組的骨體積分數（BV/TV）（圖4D）、骨礦物質密度（BMD）（圖4E）、骨小梁數量（Tb.N）（圖4F）和骨小梁厚度（Tb.Th）（圖4G）均顯著增加。此外，作者得出結論，在4周和12周時，DM組與FL組和GP組相比，BV/TV、BMD、Tb.N、Tb.Th值較高。

圖4 SASS促進臨界大小大鼠骨干骨缺損的修復。（B和C）基于微型計算機斷層掃描（Micro-CT）的代表性2D冠狀面切片（頂部）、矢狀面切片（中部）和3D重建（底部）評估GP、FL和DM組手術后4周和12周的關鍵缺陷愈合情況。比例尺，1 mm。（D至G）GP、FL和DM組手術后4周和12周股骨關鍵缺陷愈合的顯微CT定量。BV/TV、BMD、Tb.N和Tb.Th。數據為平均值±標準差（每組n=5）。

使用結論
在具有臨界尺寸的體內骨缺損模型中，作者選擇皮質骨缺損進行研究。與松質骨缺損相比，皮質骨缺損受到更大的機械力，使其更適合評估SASS對骨缺損修復的影響。與GP和FL支架相比，DM支架在大鼠體內表現出更優(yōu)的成骨作用，從而證明了SASS治療臨界尺寸大鼠骨干骨缺損的療效。骨組織形態(tài)學分析顯示，DM支架中新骨填充更密集，皮質骨完全覆蓋，表明SASS促進了支架內的骨再生能力。相比之下，GP和FL組表現出大量不完整的髓腔，新骨填充到支架腔中不足，這表明較低的SASS可能會阻礙新骨礦化的速度。盡管各組修復12周后的形態(tài)學結果相似，三種支架均顯示皮質骨愈合，但DM組的BMD和BV/TV等參數仍高于FL和GP組。此外，DM組新骨小梁的豐度和厚度更大，表明SASS對骨修復有積極影響。此外，雖然與空白組相比，所有三組的彎曲強度都有所提高，但觀察到DM組的彎曲力優(yōu)于FL和GP組，接近健康骨骼的水平。

使用設備

   Micro CT (型號：NEMO) (平生醫(yī)療科技)
影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）