锶掺杂介孔二氧化硅纳米颗粒联合脂肪干细胞局部递送促进骨质疏松大鼠颅面骨再生的研究

　　为解决骨质疏松患者颅面骨缺损修复难题，研究人员开展锶掺杂介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN-Sr）复合明胶冷冻凝胶支架搭载脂肪干细胞（ASCs）的局部递送研究。结果表明MSN-Sr可持续释放锶离子，显著增强ASCs的成骨分化能力，在骨质疏松大鼠模型中实现高效骨再生。该研究为骨质疏松性骨缺损提供了新型局部治疗策略。

　　

骨质疏松症患者颅面骨缺损的修复一直是临床面临的重大挑战。由于骨质疏松状态下骨微环境恶化，包括血管化受损、破骨细胞与成骨细胞活性失衡以及矿物质沉积异常，导致传统治疗方法如自体骨移植和异体骨移植存在诸多局限性。系统性抗骨质疏松药物在紧急骨折情况下难以快速起效，且可能引发心血管不良事件。因此，开发能够局部递送成骨活性因子的新型治疗策略具有重要意义。

锶（Sr）作为一种天然存在于骨骼中的微量元素，被证实具有双重调节作用：既能促进成骨细胞活性，又能抑制破骨细胞介导的骨吸收。然而，如何实现锶离子的局部可控释放以避免全身副作用成为关键问题。介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）因其高比表面积、规则孔道结构和良好生物相容性，成为药物递送系统的理想载体。本研究创新性地将锶掺杂MSN与明胶基冷冻凝胶支架相结合，并搭载脂肪源性干细胞（ASCs），旨在通过局部递送方式促进骨质疏松条件下的骨再生。

研究人员采用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）模板法合成MSN和锶掺杂MSN（MSN-Sr），通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等技术证实了锶的成功掺杂。冷冻凝胶支架通过交联和冻干工艺制备，表征显示其具有80%以上孔隙率和适宜的水溶胀性能。体外实验证实MSN-Sr能持续释放锶离子达15天，且显著上调ASCs的成骨相关基因表达（Col I、Ctnnb1、Runx2）。

在动物实验中，研究人员先通过裸鼠皮下植入实验验证材料的生物相容性和异位成骨能力，随后在卵巢切除（OVX）诱导的骨质疏松大鼠模型中创建颅面骨缺损。Micro-CT和组织学分析表明，G-MSN-Sr组在植入1个月和3个月后表现出最显著的骨缺损修复效果，新生骨组织超越原始缺损边界，且成骨相关蛋白表达显著增强。

该研究主要采用以下关键技术：1）通过模板法合成MSN及锶掺杂改性；2）冷冻凝胶技术构建三维多孔支架；3）大鼠脂肪干细胞分离培养技术；4）骨质疏松大鼠模型（OVX模型）建立；5）micro-CT三维成像与骨缺损定量分析；6）分子生物学技术（qPCR、免疫荧光染色）评估成骨分化。

材料表征证实MSN-Sr的结构与释放特性

通过XRD分析显示MSN-Sr保持规则六方孔道结构，孔径增至2.98 nm。氮吸附-脱附等温线证实其介孔特性，BET比表面积为559.06 m²/g。TEM显示锶掺杂未破坏MSN的孔道结构。ICP-MS分析表明MSN-Sr中锶含量达0.964 wt%，释放实验显示锶离子可持续释放17 ppm。

冷冻凝胶支架具备理想物理化学特性

SEM显示支架具有50-120 μm互通多孔结构，EDX证实锶元素均匀分布。溶胀实验表明各组支架吸水能力无显著差异，降解实验显示G-MSN-Sr组具有更缓和的降解速率。热重分析证实MSN的加入未影响支架热稳定性。

体外实验证明MSN-Sr增强成骨分化

qPCR分析显示G-MSN-Sr组Col I、Ctnnb1和ALP基因表达在7天和14天显著上调，21天时胶原表达下降符合成骨分化规律。SEM观察显示细胞在支架内充分铺展，矿化基质沉积增加。

裸鼠实验验证体内成骨潜力

免疫荧光染色显示G-MSN-Sr组Col I、Ctnnb1和Runx2蛋白表达显著增强，且随时间推移呈上升趋势，证实锶离子可持续激活成骨相关信号通路。

骨质疏松大鼠模型证实骨再生效能

Micro-CT定量分析显示，G-MSN-Sr组在植入3个月后骨缺损面积显著小于对照组（p<0.05）。组织学染色（H&E、ALP、Masson、Ost）显示G-MSN-Sr组新生骨组织超越原始缺损边界，皮质骨结构重建完整。

本研究证实锶掺杂介孔二氧化硅纳米颗粒可作为有效的锶离子局部递送系统，其与脂肪干细胞协同作用能显著促进骨质疏松条件下的骨再生。通过持续释放锶离子激活Wnt/β-catenin信号通路，上调成骨相关基因表达，最终实现结构性骨缺损修复。该策略为骨质疏松相关颅面骨缺损的临床治疗提供了新思路，兼具局部治疗精准性和系统安全性优势。

研究创新性地将纳米材料技术与干细胞治疗相结合，解决了系统性给药副作用和局部成骨因子浓度维持的难题。未来研究可进一步优化锶离子释放动力学，并探索该策略在其他病理性骨缺损中的应用潜力。