AbMole局部氢气释放重塑衰老微环境促进受伤骨骼修复的实验研究

AbMole|局部氢气释放重塑衰老微环境促进受伤骨骼修复的实验研究随着人口老龄化的加剧，衰老相关疾病的治疗成为了医学界关注的焦点。骨骼衰老和损伤后的修复困难是老年人面临的重要问题之一。来自中国科学院深圳先进技术研究院神经工程研究中心的ShengqiangChen,YuanmanYu,SongqingXie等多名研究人员发表了题为《LocalH2releaseremodelssenescencemicroenvironmentforimprovedrepairofinjuredbone》的研究成果，文章探讨局部氢气（H₂）释放对衰老骨骼微环境的重塑作用及其对受伤骨骼修复的影响。在该文章中，研究人员使用了购自AbMole的ruxolitinib（目录号M1787）、quercetin（目录号M3902）、dasatinib（M1701）。细胞分离与培养：从24个月大的衰老小鼠（相当于70岁的人）的骨骼中分离出骨髓间充质干细胞（BMSCs）、巨噬细胞和骨细胞，并进行鉴定和培养。持续H₂供应的体外实验：将分离出的细胞在60%氢气培养箱中连续孵育7天，模拟体外持续H₂供应微环境，检测代表性衰老生物标志物（ROS、HO-1、p16、p21、Ki67、γ-H2A.X、TAFs、SA-β-gal、IL-6和IL-1β）的表达，评估H₂对细胞衰老和炎症的影响。图1：可持续H的体外抗炎和抗衰老行为2治疗衰老骨骼中的各种衰老细胞。持续H₂释放支架的构建与表征：合成聚羟基链烷酸酯（PHA）包裹的CaSi₂纳米颗粒（CSN），并将其负载到介孔生物活性玻璃（MBG）支架上（CSN@PHA-MBG），通过电喷雾法制备出具有高H₂负载和持续H₂释放能力的支架。图2：CSN和CSN@PHA-MBG支架的结构和氢释放行为。体内实验：建立老年小鼠（24个月大）临界尺寸股骨塞缺损模型（直径1.2mm的圆形缺损），评估CSN@PHA-MBG支架在体内的氢释放行为、对局部炎症的影响以及对衰老和免疫调节的作用。抗炎症和抗衰老作用：与从年轻骨骼中采集的细胞相比，衰老骨骼中的细胞表现出明显的衰老特征，包括细胞内ROS、p16、p21和SA-β-gal的过度表达，以及HO-1和Ki67的低表达。γ-H2A.X焦点与TAFs共定位。连续7天的H₂处理显著下调了所有这些衰老生物标志物的表达，进一步促进了HO-1活性和Ki67表达，表明H₂具有强大的普遍抗衰作用。对SASP成分的影响：H₂降低了所有研究类型细胞中IL-6和IL-1β的水平，特别是在第3天和第7天显著下调了IL-6的表达，在BMSCs和巨噬细胞中显著降低了IL-1β的表达。图3：支架处理7天后衰老骨缺损部位的SASP成分分析。对巨噬细胞极化的作用：H₂在7天的处理过程中将巨噬细胞从M1表型（CD86和iNOS）极化为M2表型（CD206、Arg1和Il-10），TNF-α水平与TGF-β1水平的比值显著下降，表明H₂诱导了巨噬细胞从促炎亚型向抗炎亚型的转变。对BMSCs再生潜力的影响：H₂处理显著阻止了BMSCs衰老的进展，减少了SA-β-gal阳性细胞的数量，降低了衰老相关基因（p16、p21和p53）的表达，同时抑制了衰老细胞对破骨细胞生成的影响，保存了BMSCs的成骨分化潜力，表现为成骨相关基因（Runx2、Osterix、Alp、Opn、Col.I和Ocn）的表达增强和矿化程度的提高。图4：CSN@PHA-MBG支架对受伤衰老骨骼中BMSC募集和衰老的影响。CSN的合成与表征：通过微波辅助化学剥离法合成了CSN，其尺寸约为500nm，化学剥离未改变CaSi₂的化学组成和晶体结构，CSN在pH=7.4的PBS中能水解释放大量H₂，但会在一天内完全降解。CSN@PHA-MBG支架的制备与表征：通过将PHA包裹的CSN沉积在MBG底物的多孔表面上，制备出CSN@PHA-MBG支架。该支架具有持续的H₂释放特性，释放时间长达7天，且具有高细胞相容性。CSN@PHA-MBG支架能显著降低BMSCs中SA-β-gal的表达，其最低有效CSN含量（或氢剂量）约为70μg/g。局部持续氢释放对衰老骨骼微环境和巨噬细胞极化的影响：CSN@PHA-MBG支架在体内的氢释放时间长达9天，比在PBS中更长。在植入后的第3天和第7天，植入部位出现了强烈的绿色荧光（F4/80标记的巨噬细胞），表明存在炎症现象。与对照组和PHA-MBG载体组相比，CSN@PHA-MBG支架具有强大的抗炎作用，表现为iNOS表达降低（M1巨噬细胞表型的生物标志物）、ARG1水平升高（M2巨噬细胞表型的生物标志物）和纤维化减少。p16阳性细胞的比例随着时间的推移而增加，显示出衰老的旁观者效应，但CSN@PHA-MBG显著且稳定地减轻了衰老/损伤叠加衰老的进展。巨噬细胞中p16阳性表型较高，H₂持续释放至7天在防止巨噬细胞衰老和介导免疫反应中发挥了重要作用。CSN@PHA-MBG更显著且稳定地降低了M1表型和M2表型巨噬细胞数量的比例，在第7天诱导了高比例的M2表型巨噬细胞浸润（约40%），表明微环境从促炎向抗炎的有效转变，有利于衰老骨骼微环境的重塑和损伤修复。氢释放支架对衰老骨骼缺损部位促再生微环境的影响：与对照组和PHA-MBG组相比，CSN@PHA-MBG组中富集的BMSCs比例更高，p16表达显著降低，衰老BMSCs的比例最低。同时，CSN@PHA-MBG支架显著增加了骨祖细胞和H型内皮细胞的数量，促进了血管网络的形成，为BMSCs的招募和抗衰提供了有利的生态位，支持血管生成和骨生成，促进衰老骨骼缺损的再生。氢释放支架对受伤衰老骨骼修复结果的影响：通过对新形成组织的骨形成率、组织形态、衰老细胞负担和抗破骨细胞生成潜力的综合分析，发现CSN@PHA-MBG支架显著增强了骨沉积速率，组织学检查显示出更快的骨形成和更多的新骨生成。在治疗结束时（第28天），CSN@PHA-MBG组的骨体积/总体积比（BV/TV）更高，骨小梁数量（Tb.N）更多，骨小梁厚度（Tb.Th）更大，且衰老细胞（p16⁺）明显减少，抗破骨细胞生成作用明显，Vpp3表达阳性的细胞减少。这些结果表明，CSN@PHA-MBG支架通过有效的微环境重塑，在抑制破骨细胞生成方面发挥了主要作用，从而改善了衰老骨骼缺损的修复结果。本文揭示了局部H₂释放通过衰老巨噬细胞的复极化和分泌组变化改变微环境，从促炎转变为抗炎，减轻衰老/损伤叠加衰老的进展，促进内