文献信息
四川大学高分子科学与工程学院，高分子材料工程国家重点实验室、四川大学华西口腔医院口腔疾病国家重点实验室及国家口腔疾病临床研究中心等团队的研究成果“Architecture mechanics mediated osteogenic progression in bone regeneration of artificial scaffolds”（建筑力学介导的人工支架骨再生成骨过程）在学术期刊《Science Advances》（IF：12.5）上发表。平生公司的离活一体CT（NEMO）在论文中提供了重要的大鼠股骨骨干图像和定量分析结果。

该论文通讯作者为杨伟教授，第一作者为龙思羽老师。

文献摘要
支架结构通过应力传递对成骨效应产生相当大的影响，因为支架的变形改变了粘附在支架表面的细胞的机械微环境。尽管对支架结构对骨再生的影响进行了广泛的研究，但目前的研究还没有解决支架结构诱导细胞应力刺激（SASS）的生物学机制，这对揭示支架结构和成骨进展之间的生物力学线索构成了巨大挑战。因此，制备了变形后对细胞进行梯度应力刺激的石墨、富勒烯和金刚石支架。通过单细胞RNA测序，SASS的细胞生物力学机制表明，提供SASS的架构可以诱导骨髓间充质干细胞的局灶性粘附和成骨分化途径的富集，平衡破骨细胞的骨吸收和骨形成。

实验方法
临界尺寸大鼠股骨骨干骨缺损模型
在雄性Sprague-Dawley大鼠（220 g，每组n=12）股骨中制备了半圆柱形（直径：3 mm，高度：1.5 mm）的临界大小的大鼠股骨缺损，以评估不同支架的骨重建潜力。将大鼠麻醉，皮肤用碘伏消毒。所有大鼠缺陷均用三组中的一组填充：（i）GP、（ii）FL和（iii）DM。不设空白组的原因是未植入的大鼠将在不到5天内死亡。最后，仔细缝合伤口并用碘伏消毒。在植入后1个月和3个月对大鼠实施安乐死，取出股骨并用1%多聚甲醛固定以供进一步分析。

影像学评价
微型计算机断层扫描Micro-CT（NMC-100，平生医疗科技有限公司）扫描大鼠股骨（n=5）,电压90 kV、电流0.05 mA、像素大小15μm。扫描结束后用Avatar (v1.6.9.3,平生医疗科技有限公司)软件对数据进行重建和分析。选取股骨上方直径为3mm、高度为1.5mm的半圆柱形区域作为感兴趣区域，定量计算骨小梁微结构参数包括BMD、BV/TV、BS/BV、Tb.Th和Tb.N。

实验结果
在2D和3D重建图像中（图4B），DM组的新骨形成密度较高，而GP和FL组的新形成骨在严重股骨缺损愈合4周后没有完全填充支架孔。经过12周的愈合期后，2D和3D重建图像（图4C）显示支架内的大多数内部孔隙都填充了新形成的骨组织；然而，应该指出的是，与GP和FL组相比，DM组的皮质骨覆盖范围更广。尽管GP和FL支架周围有一些新形成的皮质骨，但并未实现完全包裹。经过统计和分析，在4至12周内，所有组的骨体积分数（BV/TV）（图4D）、骨矿物质密度（BMD）（图4E）、骨小梁数量（Tb.N）（图4F）和骨小梁厚度（Tb.Th）（图4G）均显著增加。此外，作者得出结论，在4周和12周时，DM组与FL组和GP组相比，BV/TV、BMD、Tb.N、Tb.Th值较高。

图4 SASS促进临界大小大鼠骨干骨缺损的修复。（B和C）基于微型计算机断层扫描（Micro-CT）的代表性2D冠状面切片（顶部）、矢状面切片（中部）和3D重建（底部）评估GP、FL和DM组手术后4周和12周的关键缺陷愈合情况。比例尺，1 mm。（D至G）GP、FL和DM组手术后4周和12周股骨关键缺陷愈合的显微CT定量。BV/TV、BMD、Tb.N和Tb.Th。数据为平均值±标准差（每组n=5）。

使用结论
在具有临界尺寸的体内骨缺损模型中，作者选择皮质骨缺损进行研究。与松质骨缺损相比，皮质骨缺损受到更大的机械力，使其更适合评估SASS对骨缺损修复的影响。与GP和FL支架相比，DM支架在大鼠体内表现出更优的成骨作用，从而证明了SASS治疗临界尺寸大鼠骨干骨缺损的疗效。骨组织形态学分析显示，DM支架中新骨填充更密集，皮质骨完全覆盖，表明SASS促进了支架内的骨再生能力。相比之下，GP和FL组表现出大量不完整的髓腔，新骨填充到支架腔中不足，这表明较低的SASS可能会阻碍新骨矿化的速度。尽管各组修复12周后的形态学结果相似，三种支架均显示皮质骨愈合，但DM组的BMD和BV/TV等参数仍高于FL和GP组。此外，DM组新骨小梁的丰度和厚度更大，表明SASS对骨修复有积极影响。此外，虽然与空白组相比，所有三组的弯曲强度都有所提高，但观察到DM组的弯曲力优于FL和GP组，接近健康骨骼的水平。

使用设备

   Micro CT (型号：NEMO) (平生医疗科技)
影像软件：Avatar（平生医疗科技）