东华大学何创龙教授团队：骨组织工程的血管化和神经支配

近日，东华大学何创龙教授团队的AMR述评文章“Vascularization and Innervation for Bone Tissue Engineering”在线发表。文章着重讨论了骨组织工程血管化和神经化支架方面的设计、制备和相关生物学机制，主要包括新型材料制备、3D打印仿生微结构构建、药物递送系统设计、促进血管化和神经化的生物学策略等几个方面，并讨论了该领域面临的挑战和未来发展趋势。

关键词：骨组织工程，3D打印，组织工程支架，血管化，神经支配

A series of strategies including regulation of HIF‐1α/VEGF pathway and immune microenvironment, reconstructing sensory innervation, and inhibiting sympathetic nerve activation endow the functional scaffolds with charming osteogenesis outcomes, promising for broad and miscellaneous applications in bone tissue regeneration. Advanced materials and the corresponding processing technologies, drug delivery strategies, in vivo monitoring methods as well as appropriate biological mechanisms are the foundation to achieve these progresses. The research on vascularized and innervated scaffolds for bone tissue engineering is burgeoning, and considerable challenges and fascinating opportunities remain to be developed.

01 文章内容简介

经过几十年的发展，骨组织工程研究已获得较大进展，但其临床应用却并不理想。主要原因是骨是一个富含血管和神经网络的组织，血管和神经不仅能够为骨组织的生长提供必要的营养、氧气和细胞来源，还能通过不同的信号通路来调控骨的发育、重塑和再生。因此，在设计骨修复材料和制备组织工程骨时，需要重建血管网络和神经系统。近年来组织工程骨的血管化问题已获较多关注和进展，但重建神经支配的研究却较少报道。骨内含有丰富的感觉神经和运动神经，骨、血管和神经传递的信号在骨内相互偶联，共同调控骨的发育、重塑和再生过程。因此，基于骨内多信号偶联机制构筑血管化与神经化的骨组织工程支架能够提高骨组织再生效率。

本述评主要就本课题组在骨组织工程血管化和神经化支架方面的设计、制备和相关生物学机制进行了总结和评述，主要包括新型材料制备、3D打印仿生微结构构建、药物递送系统设计、促进血管化和神经化的生物学策略等几个方面。此外，我们开发了基于体内成像的骨组织再生的新型评估策略，为体内持续监测骨组织形成提供了新的思路。最后，我们还对该领域面临的挑战和未来发展趋势提出了自己的看法。

02 AMR：请问您选择该领域的初心是？

作者团队：

大段骨缺损的治疗仍然是骨科领域的一个重大挑战。现有的植骨材料受限于供体不足、免疫排斥和疗效欠佳等问题，难以满足当前的临床需求。骨组织工程的提出为开发新型骨移植材料提供了有效的方案。经过几十年的发展，骨组织工程的研究已取得了较大进展，但组织工程骨的治疗效果还不理想，临床转化仍面临困难。究其原因，骨是一个完全血管化和神经支配的组织，血管和神经在骨的营养和氧气供应以及骨稳态的维持中发挥重要作用，简单的结构仿生和单纯的成骨诱导难以实现理想的功能重建。因此，我们希望基于骨内多信号偶联机制，构筑兼具血管化和神经化的骨组织工程支架，为推动组织工程骨的临床转化贡献自己的一份力量。

03 AMR：您对该领域的发展有何种愿景？

作者团队：

通过不断深入的研究与创新，实现血管化与神经化支架在骨组织工程中的广泛应用，显著提升骨修复与再生的效果。我们期望能够设计出高效和通用的血管化与神经化支架，为骨组织的生长提供充足的营养、氧气和细胞来源，同时实现精准的神经支配与调控。未来，我们希望能够将这一技术拓展至更广泛的再生医学领域，实现组织修复与再生的新突破。

04 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

在血管化和神经化骨组织工程领域，未来存在着丰富的研究机会，这些机会涵盖了材料科学、生物医学工程、分子生物学等多个学科交叉点。以下是一些具体的研究机会：1、智能生长因子与药物的控释系统：开发能够智能、稳定释放生长因子和药物的控释系统。这些系统应能够根据骨修复和再生的不同阶段，精确调节释放量，以支持血管生成、神经再生和骨组织重建。2、多细胞共培养与相互作用机制：研究成骨细胞、血管内皮细胞、神经细胞等多种细胞在支架中的共培养条件及其相互作用机制。通过模拟体内复杂的细胞网络，可以促进血管和神经网络的同步形成，提高骨修复和再生的效率。3、体内外模型的建立与验证：建立更加接近人体生理环境的体内外模型，结合人工智能，用于评估血管化和神经化支架的性能和效果。这些模型应能够模拟骨缺损、骨折等病理状态，为支架的优化设计和临床应用提供可靠的数据支持。

作者团队简介

何创龙，东华大学生物与医学工程学院教授，副院长。主要从事生物医用材料、医疗器械和生物制造等领域的研究工作。获上海市自然科学奖、桑麻奖教金、中国纺织工业联合会纺织高等教育教学成果等奖项。主持科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目30多项；发表学术论文230多篇，引用10000余次，H-因子60；获授权国家发明专利35项，与企业合作开发了丝素蛋白可吸收再生修复膜、生物活性玻璃创面敷料、3D打印骨缺损修复材料等多项产品；先后入选Elsevier中国高被引学者榜单、斯坦福大学发布全球前2%顶尖科学家榜单“年度科学影响力排行榜”和“终身科学影响力排行榜”。现任中国生物材料学会理事兼骨修复材料与器械分会副主任委员、中国解剖学会血管分会副主任委员、中国医药教育协会医用生物材料与技术专业委员会副主任委员，Composites part B: Engineering助理编辑，ACS Biomaterials Science & Engineering等期刊编委。

陈硕，东华大学副教授，硕士生导师。2020年毕业于东华大学，东华大学和佐治亚理工学院联合培养博士。2020-2022于上海交通大学进行博士后研究，于2023年4月加入东华大学生物与医学工程学院。主要研究方向为生物弹性材料和生物柔性电子。发表论文30余篇，其中以第一（共同）作者身份在Nat. Commun., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.上发表论文15篇，授权专利5项，撰写英文专著章节2篇。相关工作受到积极评价和引用，论文总引用2500余次，H因子为20。相关研究成果受到中国自然科学基金委的专题报道，并受CRC和Wiley出版社邀撰写了相关综述文章和专著章节。

周小军，工学博士，东华大学生物与医学工程学院副研究员，硕士生导师。2016年毕业于东华大学，获工学博士学位。2017-2019年，在上海交通大学医学院附属第九人民医院从事博士后工作。主要从事生物材料与组织工程领域的相关研究，近年来主持国家自然科学基金等6项科研项目，在Adv. Funct. Mater.、Bioact. Mater.等期刊发表SCI论文30余篇。

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Vascularization and Innervation for Bone Tissue Engineering

Shuo Chen, Xiaojun Zhou, Tao Li, and Chuanglong He*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00165

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