以干细胞移植治疗为核心的生物工程技术已在多个生物医学领域得到应用。近年来，科学家们采用生物化学方法对具有治疗功能的细胞进行了进一步的功能化修饰，赋予细胞丰富的功能特性以拓展细胞的生物医学应用，包括提高体内存活率、靶向输送、定向分化和免疫逃逸等等，目前已在肿瘤清除和心脏再生等领域有了相关研究。然而，由于细胞移植的低存活率、分化不足、定位不足和低滞留率等原因，治疗性的工程化细胞在骨代谢疾病的防治中尚未得到足够的发展。针对上述挑战，本工作通过磁工程化修饰骨髓间充质干细胞（MSCs）用于骨质疏松疾病的局部预防和治疗。

近日，浙江大学医学院附属邵逸夫医院骨科的范顺武教授和姚沙沙副研究员联合浙江大学化学系的唐睿康教授在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了磁工程化细胞联合磁场治疗骨质疏松的相关研究（图1）。作者合成了具有超顺磁性的由二氧化硅包裹的磁性纳米颗粒（MSNPs），具有优越的生物相容性和降解性，由MSCs快速摄取MSNPs以构建磁工程化细胞。MSNPs联合外加磁场的磁机械效应能够激活YAP/β-catenin信号转导通路，有效促进成骨分化和血管形成，为骨再生治疗过程奠定基础。

图1. 磁工程化细胞的构建和骨质疏松疾病的局部定位磁性治疗示意图

通过二氧化硅的包裹提高了纳米颗粒的摄取率和稳定性，在2小时内，摄取足量MSNPs的磁工程化细胞就可达94.13%。磁工程化细胞会在磁铁附近发生聚集，证实了磁性驱动的空间定位（图2）。

图2. 细胞的纳米颗粒摄取和磁性可控特性

作者通过双侧卵巢切除手术（OVX）构建骨质疏松小鼠模型，OVX小鼠胫骨的骨量显著降低并且骨小梁大量破坏，磁工程化细胞和磁场的联合效应能够显著延缓骨流失的进展，在6周内几乎维持了骨量的相对稳定，有效延缓疾病进展（图3）。

图3. 体内的磁性空间定位和骨质疏松磁性治疗

本工作构建了具有磁性可控能力和磁机械效应的工程化MSCs，联合外加磁场共同有效防治骨质疏松疾病。经过修饰的功能化干细胞在磁场的辅助下，兼具多种功能特性以满足治疗需求，包括成骨矿化能力的提高、血管生成的改善、骨代谢的再平衡、磁性空间的可控定位和磁机械信号通路的激活等。本研究的磁工程化细胞治疗策略侧重于选择性地保护严重骨质疏松的骨骼，防止即将发生的骨折，这是对系统性药物的有效补充，为生物工程细胞治疗提供了新的思路。

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ACS Appl. Mater. Interfaces. 2023, 15, 16, 19976–19988

Publication Date: April 14, 2023

https://doi.org/10.1021/acsami.3c01139 

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