DOI:10.1016/j.msec.2020.110763 

用于引导性骨再生（GBR）的膜需要具有较高的机械强度、生物相容性、生物降解性、成骨性和骨诱导性。在本研究中，聚（3-羟基丁酸酯-共聚-4-羟基丁酸酯）（P（3HB-co-4HB））/磷酸八钙（OCP）（P（3HB-co-4HB）/OCP）纳米纤维膜是用两种不同比率P（3HB-co-4HB）与OCP制备的（P（3HB-co-4HB）:OCP=95:5%和90:10%，分别称为P（3HB-co-4HB）/OCP（5）和P（3HB-co-4HB）/OCP（10）]，用于引导性骨再生。利用间充质干细胞（MSCs）在体外和颅骨缺损大鼠模型中分析了P（3HB-co-4HB）/OCP纳米纤维膜的成骨性和骨诱导性。与P（3HB-co-4HB）纳米纤维膜相比，复合P（3HB-co-4HB）/OCP纳米纤维膜的纤维尺寸减小，拉伸强度增强。在体外实验中，P（3HB-co-4HB）/OCP膜促进MSCs的细胞生长和成骨分化，并且优于P（3HB-co-4HB）膜。覆盖颅骨缺损后，P（3HB-co-4HB）/OCP膜比P（3HB-co-4HB）膜更易于促进新骨形成，其组织学评价和显微CT分析显示骨体积/总体积（BV/TV）比值和骨密度（BMD）较高。具有较高OCP含量的P（3HB-co-4HB）/OCP（10）膜比P（3HB-co-4HB）/OCP（5）膜具有更大的刚度和骨诱导性，证明了OCP在复合膜中的作用。总体结果表明，电纺P（3HB-co-4HB）/OCP纳米纤维膜有望实现GBR的临床应用。

图1.静电纺丝纳米纤维膜的纤维直径分布和平均直径。a-c（n=3）：SEM图像显示，所有纳米纤维尺寸均匀、光滑、细长且具有3D结构。d-f，j（n=3）：TEM结果表明，OCP（e，f中的黑色晶体）随机分散在纤维内部，形成粘附的粒状纤维表面。g-i（n=150）：P（3HB-co-4HB）/ OCP（10）膜的纤维较细，平均直径比其他两个膜要小。值表示为平均值±标准偏差。

图2.P（3HB-co-4HB）/OCP电纺纳米纤维膜的表征。a：FTIR（n=3）结果表明，P（3HB-co-4HB）/OCP纳米纤维膜具有OCP的特征峰和P（3HB-co-4HB）的吸收峰。b：XRD（n=3）分析显示，随着OCP的增加，P（3HB-co-4HB）/OCP膜中OCP的峰强度增加。c-d：机械性能（n=6）表明，OCP的引入显著增强了P（3HB-co-4HB）纳米纤维膜的机械强度。e：28天后P（3HB-co-4HB）/OCP（10）膜的残留重量较小（n=3），表明P（3HB-co-4HB）/OCP膜的变性速率稍快于P（3HB-co-4HB）膜。值表示为平均值±标准偏差，*，P<0.05； **，P<0.01；***，P<0.001，相对于对照组；#，P<0.05；##，P<0.01；###，P<0.001，在基于P(3HB-co-4HB)-的组中。

图3.P（3HB-co-4HB）/OCP纳米纤维膜促进了MSCs的粘附和增殖。a：MTT结果显示，与P（3HB-co-4HB）相比，P（3HB-co-4HB）/OCP膜具有更高的细胞活力，尤其是P（3HB-co-4HB）/OCP（10）。通过MTT分析测试了MSCs在纳米纤维膜上的增殖。b：流式细胞仪分析表明，OCP掺入纳米纤维膜可增强MSCs的存活率。 c：SEM图像显示，MSCs在P（3HB-co-4HB）/OCP膜上分散平滑，几乎融合。值表示为平均值±标准偏差，n=6。*，P<0.05；**，P<0.01；***，P<0.001，相对于对照组；#，P<0.05；##，P<0.01；###，P<0.001，在基于P（3HB-co-4HB）-的组中。

图4.体外培养后，含OCP的纳米纤维膜上调了MSCs的成骨相关基因。成骨相关基因（包括COL1a1、RUNX2、BMP-2、OCN、OPN）的表达水平在P（3HB-co-4HB）/OCP组比P（3HB-co-4HB）组高得多。值表示为平均值±标准偏差，n=3。*，P<0.05； **，P<0.01；***，P<0.001，相对于对照组；#，P<0.05；##，P<0.01；###，P<0.001，在基于P（3HB-co-4HB）-的组中。

图5. P（3HB-co-4HB）/OCP纳米纤维膜刺激了MSCs的成骨分化和生物矿化。a：在纳米纤维膜组中，第14天时ALP活性显著增加，尤其是P（3HB-co-4HB）/OCP（10）组。b：ARS染色显示，在P（3HB-co-4HB）纳米纤维膜上观察到的矿物质较少，而在P（3HB-co-4HB）/OCP膜上观察到较多的钙沉积。值表示为平均值±标准偏差，n=3。*P<0.05；**，P<0.01；***，P<0.001，相对于对照组；#，P<0.05；##，P<0.01；###，P<0.001，在基于P（3HB-co-4HB）-的组中。

图6.P（3HB-co-4HB）/OCP（10）纳米纤维膜用作功能性GBR膜，可用于修复重要尺寸的颅骨缺损。a：Micro-CT显示未处理的侧面未观察到新骨形成或矿化（右）。P（3HB-co-4HB）/OCP（10）膜（左）比P（3HB-co-4HB）（左）显示出更高的矿化骨形成。b：根据Micro-CT结果，P（3HB-co-4HB）/OCP（10）组的骨体积/总体积（BV/TV）比值要比其他组高得多。c：P（3HB-co-4HB）和P（3HB-co-4HB）/OCP（10）组的骨矿物质密度（BMD）在8周时显著高于未治疗组。值表示为平均值±标准偏差，n=6。*，P<0.05；**，P<0.01；***，P <0.001，相对于对照组；#，P<0.05；##，P<0.01；###，P <0.001，在基于P（3HB-co-4HB）-的组中。

图7.P（3HB-co-4HB）/OCP纳米纤维膜促进了骨再生和缺损修复。a：HE染色显示P（3HB-co-4HB）/OCP（10）侧由几乎完全连接的再生骨修复，在第8周时，新组织和天然组织之间的边缘难以辨认。b：Masson的三色染色显示P（3HB-co-4HB）侧部分骨缺损修复，几乎没有新骨，而未治疗侧则在8周时仅填充了结缔组织，修复得较差。每组检测6个样品。