DOI:10.1016/j.msec.2020.111738

生物分子载体结构由于其在骨组织工程领域的潜在应用而引起了人们的极大关注。在这项研究中，首次开发了可控释BMP-6的MOF嵌入电纺纤维支架，以增强骨再生功效。首先，将BMP-6包封ZIF-8纳米晶体作为生长因子分子的新型载体，进行一步快速结晶，然后静电纺丝由聚（ε-己内酯）和BMP-6包封ZIF-8纳米晶体组成的混合溶液，从而制备出纳米纤维支架。经计算，ZIF-8纳米晶体的BMP-6分子包封率为98％。体外研究表明，BMP-6的生物活性得以保留，释放时间长达30天。释放动力学符合Korsmeyer-Peppas模型，表现出伪Fickian行为。体外成骨研究表明BMP-6缓释对MC3T3-E1前成骨细胞的成骨分化有明显的促进作用。此外，体内研究还显示BMP-6的持续缓慢释放是导致大鼠颅骨缺损中矿化良好的新骨形成的原因。该研究结果证实嵌入MOF载体的电纺支架可以用作骨组织工程应用中骨再生的有效平台。所提出的方法适用于不同组织工程应用中的各种生长因子分子。

图1.BMP-6@ZIF-8的一步结晶和PCL/BMP-6@ZIF-8电纺纤维支架的制备示意图，该支架用于控释BMP-6以体外诱导成骨细胞分化和体内骨再生。

图2.ZIF-8和BMP-6@ZIF-8纳米晶体的表征。ZIF-8、BMP-6@ZIF-8和模拟ZIF-8的PXRD峰（a），ZIF-8和BMP-6@ZIF-8的FTIR-ATR光谱（b），ZIF-8（c）和BMP-6@ZIF-8（d）的SEM图像。

图3.PCL、PCL/ZIF-8和PCL/BMP-6@ZIF-8膜的特性。PCL（a），PCL/ZIF-8（b）和PCL/BMP-6@ZIF-8（c）纤维的SEM图像。插图显示放大20000倍的图像。电纺膜的保水率和水含量（％）（d）。通过酶联免疫吸附试验测定PCL/BMP-6@ZIF-8纤维膜的BMP-6体外释放曲线（e）。插图显示24小时内的释放曲线。

图4.通过Presto Blue分析检测PCL、PCL/ZIF-8和PCL/BMP-6@ZIF-8膜上的细胞增殖。以PCL为对照，n=4，*p<0.05，**p<0.01，***p<0.005；对于PCL，##p<0.01；对于PCL/ZIF-8，ΔΔp<0.01，ΔΔΔp<0.005；以第一天的PCL/BMP-6@ZIF-8为对照，·p<0.05，··p<0.01和···p<0.005。在PCL、PCL/ZIF-8和PCL/BMP-6@ZIF-8膜上培养14天的MC3T3-E1细胞的SEM图像（b）。插图显示放大4000倍的图像。

图5.通过定量RT-PCR测量在膜上培养的MC3T3-E1细胞中成骨相关基因的表达。COL-1（a），RunX2（b）和OPN（c）。在膜上培养的细胞的定量ALP活性（d）。当对照组为PCL时，n=3，*p<0.05，**p<0.01，***p<0.005；当对照组为PCL/ZIF-8时，#p<0.05，##p<0.01，###p<0.005；当对照组为第7天时，Δp<0.05，ΔΔp<0.01，ΔΔΔp<0.005；而当对照组为第14天时，·p<0.05，··p<0.01，···p<0.005。比色定量结果显示细胞在PCL、PCL/ZIF-8和PCL/BMP-6@ZIF-8膜上培养14天和21天的基质矿化，由ARS进行染色（e）。当对照组为PCL时，**p<0.01，***p<0.005，****p<0.001；当对照组为PCL/ZIF-8时，ΔΔp<0.01，ΔΔΔΔp<0.001；当对照组为第7天时，####p<0.001。

图6.建立Wistar大鼠颅骨临界缺损的手术方法，植入PCL/BMP-6@ZIF-8膜以及8周后的愈合伤口部位（n=6）。Micro-CT图像显示8周后的缺损部位。深色区域对应于未愈合的骨缺损区域。对于植入PCL/BMP-6@ZIF-8膜的部位，可以观察到新骨形成，比例尺=1mm（a）。从显微CT图像评估物体体积百分比（b），物体表面密度（c），相交表面（d）和表面厚度值（e）。当PCL为对照时，Δp<0.05，ΔΔp<0.01，ΔΔΔp<0.005；当PCL/ZIF-8为对照时，□p<0.05和□□p<0.01。

图7.植入8周后，修复骨缺损的H＆E染色（a）和Masson三色染色（b）。