南京大学《Adv. Health. Mater.》丨微流体封装基因工程骨髓间充质干细胞微载体用于骨缺损修复

南京大学医学院赵远锦教授团队在《Advanced Healthcare Materials》发表研究，题为“Microfluidic Encapsulation of Genetically Engineered Bone-marrow-derived Mesenchymal Stem Cells for Bone Defect Healing”。该研究针对当前干细胞治疗骨缺损过程中细胞存活率低、定向分化能力不足及递送效率不高等临床转化瓶颈，系统开发了基于微流体技术的基因工程骨髓间充质干细胞（BMSCs）封装平台，并提出“基因修饰—微载体递送—原位再生”协同治疗策略。

骨缺损修复是全球公共卫生领域的重要难题，交通事故、骨病、创伤及手术切除等引发的骨缺损自修复过程缓慢，传统的自体、异体及异种骨移植疗法存在供体不足、供区损伤、感染风险和宿主免疫反应等局限；间充质干细胞（MSCs）注射疗法虽因微创、易操作成为骨缺损修复的潜在方案，但仍面临直接注射后细胞存活率低、流失快，块状水凝胶封装后营养 / 代谢物交换受限，以及缺损部位缺乏持续生物诱导信号导致 MSCs 成骨分化不足且不稳定的核心问题，因此亟需开发创新的间充质干细胞治疗技术以提升骨缺损修复效果。

本文构建了一种基于微流控技术封装基因工程骨髓间充质干细胞的骨缺损修复递送体系（BRGMs），首先通过胺端基聚酰胺 - 胺树状大分子与 4-（溴甲基）苯硼酸共组装制备 RUNX2 质粒纳米颗粒（PPBA@pRUNX2），并以 1:2 的最优重量比转染骨髓间充质干细胞（BMSCs）得到 BMSCs^pRUNX2，提升细胞内 RUNX2 表达量与成骨分化能力；随后利用微流控乳化技术，将 BMSCs^pRUNX2 封装进明胶甲基丙烯酰基（GelMA）水凝胶制备出尺寸均一（180–230 µm）、具有良好可注射性和生物相容性的 BRGMs，该微载体能保障高细胞存活率、高效的营养交换与可控的生物降解性。研究通过体外实验验证了 BRGMs 可显著上调成骨相关基因（RUNX2、ALP、OCN）和蛋白的表达，增强碱性磷酸酶活性与钙矿化结节形成；并以大鼠 5 mm 全层颅骨缺损模型为研究对象，经 8 周体内实验证实，BRGMs 可显著促进原位骨再生，提升骨密度、骨体积分数等指标，且无体内毒副作用。该研究还指出了体系尚存的长期生物安全性评估等局限，并提出开展大动物模型实验、推进微载体规模化生产等后续研究方向，为骨缺损修复提供了一种极具潜力的微创治疗策略。

图1 微流体包封基因工程骨髓间充质干细胞用于骨缺损愈合的示意图

文献来源：https://doi.org/10.1002/adhm.202505260