骨再生、骨修復(fù)是一個長期過程，其中的慢性感染問題一直沒有得到有效解決。另外，生長因子可以促進骨愈合，但是在體內(nèi)易被降解。因此，同時解決抗菌問題和促進骨愈合問題在骨科手術(shù)中具有重要意義。
最近，同濟大學(xué)杜建忠教授和海軍軍醫(yī)大學(xué)許碩貴教授另辟蹊徑，設(shè)計了一種新的具有優(yōu)異抗菌性能的仿多肽囊泡，該囊泡在殺死細(xì)菌的同時會釋放生長因子以促進骨愈合。這種“一箭雙雕”的設(shè)計思路巧妙地將不利因素（細(xì)菌感染）轉(zhuǎn)化成有利因素（刺激生長因子釋放，促進骨修復(fù)），為減少骨科手術(shù)感染和促進骨修復(fù)提供了新思路，如圖a所示。
研究人員首先設(shè)計了一類新的具有優(yōu)異抗菌性能（對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌測得的最低抑菌濃度MIC值為8.0 μg/mL）、低細(xì)胞毒性的仿多肽交替聚合物（peptide-mimetic alternating copolymers, PMAC）。該聚合物在水中可以直接形成囊泡（圖b），同時包載生長因子BMP2。之后，囊泡可攻擊并殺死細(xì)菌。在此過程中，囊泡“光榮負(fù)傷”或者“光榮犧牲”，與細(xì)菌“同歸于盡”的同時，釋放出生長因子BMP2，發(fā)揮其第二個作用（促進骨再生）。值得一提的是，囊泡“犧牲”后形成的抗菌殘片（“殘余部隊”）雖然不能繼續(xù)發(fā)揮保護、遞送生長因子的功能，但仍具有優(yōu)異的抗菌性能。
圖 a 仿多肽囊泡“一箭雙雕”示意圖：抗菌、刺激生長因子釋放
圖 b 仿多肽囊泡透射電鏡照片及囊泡膜厚測量的數(shù)學(xué)模型和實驗測量結(jié)果
研究人員通過透射電鏡觀察研究了仿多肽聚合物囊泡的抗菌機理。結(jié)果表明，它們與細(xì)菌細(xì)接觸后，可插入到細(xì)胞膜中形成孔洞，導(dǎo)致細(xì)菌內(nèi)容物流出，進而使細(xì)菌死亡，如圖c。
圖 c仿多肽聚合物及其囊泡的抗菌機理
研究人員以新西蘭白兔橈骨大段骨缺損模型研究了仿多肽囊泡的體內(nèi)抗菌和骨修復(fù)效果，結(jié)果表明實驗組形成的骨痂質(zhì)地相對較硬，填充效果更好，骨礦物質(zhì)密度和再生骨體積更高，證明了仿多肽囊泡的優(yōu)異的骨修復(fù)功能，如圖d。
圖 d 不同復(fù)合支架材料植入兔橈骨骨缺損后4周的micro-CT重建圖：
A)、D）為vesicle+BMP2組；B)、E）為BMP2組；C)、F)為空白對照組；(G)為植入后4周，6周的骨礦物質(zhì)密度（BMD）結(jié)果；(H)為植入后4周，6周的骨體積（BV）結(jié)果。
論文題目為：Highly Effective Antibacterial Vesicles Based on Peptide-Mimetic Alternating Copolymers for Bone Repair。
相關(guān)工作發(fā)表在Biomacromolecules上，文章的第一作者是同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院周春才博士、袁躍碩士、第二軍醫(yī)大學(xué)（現(xiàn)海軍軍醫(yī)大學(xué)）長海醫(yī)院急診科周潘宇博士，通訊作者為杜建忠教授和長海醫(yī)院許碩貴教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委等支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.biomac.7b01209
