针对上述问题，暨南大学郭瑞课题组联合杭州医学院吴刚、林海燕主任团队，首先对环糊精和金刚烷进行改性，通过环糊精和金刚烷的主客体组装作用制备了三臂交联剂HGSM，再利用HGSM与甲基丙烯酰化丝素蛋白SFMA进行化学交联，形成双网络水凝胶HGSFMA，再利用水凝胶负载骨髓间充质干细胞（BMSCs）和淫羊藿苷（ICA）（图1）。该研究利用环糊精和金刚烷的主客体组装作用，显著增强了甲基丙烯酰化丝素蛋白（SFMA）的机械强度，并且利用该水凝胶递送骨髓间充质干细胞（BMSCs）和淫羊藿苷（ICA），抑制了破骨细胞的形成，促进损伤股骨的再生。该工作以“High-strength double-network silk fibroin based hydrogel loaded with Icariin and BMSCs to inhibit osteoclasts and promote osteogenic differentiation to enhance bone repair”为题发表在《Biomaterials Advances》（DOI：10.1016/j.bioadv.2024.213856）上。暨南大学郭瑞研究员、杭州医学院吴刚教授和林海燕教授为该文的通讯作者。

图1 水凝胶制备过程示意图

图3 SFMA和HGSFMA水凝胶对BMSCs的细胞毒性以及BMSCs体外诱导分化的ALP染色。（A）不同浓度ICA培养的BMSCs在光学显微镜下的形态学变化；（B）不同浓度ICA培养的BMSCs的细胞活力；（C）通过CCK-8测定与水凝胶共培养的 BMSC 的细胞活力；（D）水凝胶培养的BMSC的活/死染色和（E）细胞骨架染色图像；（F）水凝胶培养14天后BMSCs的ALP染色；（G）BMSCs的ALP活性的定量检测。

图4 培养14天后BMSCs体外成骨评价。（A）茜素红染色；（B）RUNX2和OCN免疫荧光染色图像；（C）茜素红染色定量；（D）RUNX2和（E）OCN表达的定量分析。

（3）大鼠股骨损伤模型治疗效果评价

通过大鼠股骨损伤模型，验证水凝胶促进骨再生的作用。在股骨缺损治疗后1-2周，与HGSFMA组和对照组相比，HGSFMA/ICA和HGSFMA/ICA/BMSC组表现出显著增强的骨再生，新形成的骨几乎填充了腔隙缺损。术后4周，HGSFMA/ICA和HGSFMA/ICA/BMSC组显示出更大的新形成骨质量。Micro-CT数据的定量分析进一步支持了HGSFMA/ICA/BMSC组优异的骨再生潜力。该组的骨体积分数（BV/TV）/骨矿物质密度（BMD）显著高于其他对照组，骨小梁厚度（Tb/Th）增加和骨小梁分离（Tb. Sp）减少，证明了HGSFMA/ICA/BMSC水凝胶在促进大鼠股骨缺损模型中骨再生和改善骨质量方面的有效性（图5）。

图6 治疗4周后破骨细胞的染色。 白色箭头指示破骨细胞

研究结论：

该研究报道了双网络交联高强度水凝胶HGSFMA对比SFMA具有明显提升的机械强度，并且具有优异的生物相容性，可以作为载体递送药物和干细胞，是一种良好的骨组织工程支架材料。体外研究结果表明，HGSFMA/ICA水凝胶具有增强BMSC增殖和分化的能力。大鼠股骨损伤修复模型治疗效果评价中，通过micro-CT、病理染色、TRAP染色、关键成骨标志物的免疫荧光染色等证实了HGSFMA/ICA/BMSC在抑制破骨细胞和促进成骨细胞分化中的有效性。总体来说，该研究结果对于启发改善天然蛋白机械性能，构建基于天然蛋白的骨组织工程支架具有积极意义。

原文链接：

https://www-sciencedirect-com.lille.sjlib.cn/science/article/pii/S2772950824000992