顆粒在線訊：細(xì)胞呼吸是細(xì)胞生存和功能的前提。細(xì)胞通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的能量進(jìn)行生長增殖分化遷移等生理活動，進(jìn)一步參與人體組織器官的生長發(fā)育以及受損后修復(fù)的過程。一旦細(xì)胞呼吸受到抑制，則無法生長增殖分化與發(fā)揮有效的生理作用，從而導(dǎo)致組織修復(fù)過程延緩甚至繼發(fā)損傷加重。其中，線粒體功能和微循環(huán)供氧是細(xì)胞呼吸的必要條件。然而，在糖尿病骨折中，局部高糖微環(huán)境致使線粒體功能障礙，細(xì)胞有氧呼吸能力受損；同時，由于局部高糖高ROS水平導(dǎo)致Hif-1通路受損，微循環(huán)重建障礙，骨折區(qū)域供氧系統(tǒng)癱瘓，細(xì)胞呼吸微環(huán)境被破壞。因此，糖尿病骨折修復(fù)過程細(xì)胞呼吸不論是細(xì)胞內(nèi)在呼吸能力還是外在的呼吸微環(huán)境均受到抑制，導(dǎo)致糖尿病骨折遷延不愈，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量并帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，是骨科以及內(nèi)分泌科需解決的重大難題之一。

近期，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院陳皓醫(yī)生和附屬瑞金醫(yī)院崔文國教授通過靜電紡絲與水凝膠技術(shù)構(gòu)建具有線粒體保護(hù)作用的人工骨膜改善BMSCs細(xì)胞呼吸，加速糖尿病骨折的修復(fù)進(jìn)程，為糖尿病骨折的臨床治療提供了新的治療策略和理論基礎(chǔ)。（歡迎致力于組織修復(fù)重建的生物、材料、藥劑、化學(xué)等各交叉專業(yè)博士后加盟該團(tuán)隊）

圖1功能性電紡纖維的制備與評估示意圖

該研究表明，通過靜電紡絲和紫外線交聯(lián)的序貫過程賦予了GelMA電紡纖維膜良好的透液透氣性以及優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度。體外模擬高糖微環(huán)境培養(yǎng)BMSCs，對比低糖微環(huán)境下，BMSCs在高糖微環(huán)境中的Hif-1α表達(dá)受到抑制，導(dǎo)致Hif-1通路受損。通過交聯(lián)負(fù)載DFO的接枝聚乙二醇丙烯酸酯脂質(zhì)體，該電紡纖維膜可以局部釋放DFO，穩(wěn)定BMSCs中的Hif-1α，修復(fù)Hif-1通路，一方面通過調(diào)節(jié)Bcl-2/Bax平衡，保護(hù)線粒體膜穩(wěn)定性，改善細(xì)胞自身的呼吸能力；另一方面通過增加VEGF的表達(dá)，促進(jìn)新生血管，重建微循環(huán)，提升局部氧氣與營養(yǎng)供給，改善局部呼吸微環(huán)境。在小鼠糖尿病股骨遠(yuǎn)端骨缺損模型中，功能性電紡纖維膜在體內(nèi)可以明顯改善骨缺損區(qū)域BMSCs的細(xì)胞呼吸，加速局部微循環(huán)重建，增強(qiáng)BMSCs成骨分化能力，促進(jìn)糖尿病骨缺損的修復(fù)與愈合。

圖2 功能性電紡纖維促進(jìn)小鼠糖尿病股骨遠(yuǎn)端缺損修復(fù)

該研究明確了Hif-1通路在細(xì)胞呼吸中保護(hù)線粒體的作用，同時基于細(xì)胞呼吸的治療策略也為糖尿病骨折患者臨床治療提供了新的理論基礎(chǔ)與可靠依據(jù)。

該研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委面上項目等基金資助。

作者簡介

陳皓，博士/醫(yī)師，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院脊柱外科。致力于骨與軟組織病損的相關(guān)機(jī)制研究工作，并圍繞病損組織修復(fù)要求及特點設(shè)計制備相應(yīng)生物支架材料，取得了一系列原創(chuàng)性的、具有臨床與產(chǎn)品應(yīng)用價值的研究成果。以第一/通訊作者身份發(fā)表SCI論文17篇（包括Advanced Science, Advanced Functional Materials, Small, NANO Letters, Biomaterials等國際認(rèn)可的高水平期刊論文），相關(guān)研究成果獲得業(yè)界認(rèn)可及廣泛引用，多次入選ESI高被引論文。主持該研究領(lǐng)域國家自然科學(xué)基金2項，省部級課題1項，入選省部級人才項目并任中國生物材料學(xué)會康復(fù)器械與生物材料分會委員。

崔文國，教授/博導(dǎo)、上海交大醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院/上海市傷骨科研究所。主要從事骨、關(guān)節(jié)的再生醫(yī)學(xué)材料研究。發(fā)表論文150余篇，H=51，引用9000余次。主持國自然重點項目、面上和科技部重點研發(fā)課題等10余項。歡迎跨學(xué)科的博士加盟該課題組從事博士后研究。

文章來源：Wiley MaterialsViews China公眾號