纳米递送胰岛素水凝胶长程修复糖尿病骨缺损的研究

摘要

目的：验证纳米递送胰岛素单宁酸/羧甲基壳聚糖水凝胶(NdIns-T/CH)修复糖尿病骨缺损效应。方法：通过绘制NdIns-T/CH 24 h浸提液对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠肝菌(E. coli) 24 h抑菌曲线计算MIC90和MBC并评价其抗菌活性；通过NdIns-T/CH 24 h浸提液对大鼠骨髓间质干细胞(BMSC)和小鼠颅顶前骨细胞(MC3T3-E1)共培养7 d的CCK-8和碱性磷酸酶(ALP)染色评价其生物安全性及成骨活性；利用高脂饲料联合注射链脲佐菌素(STZ)制备糖尿病小鼠模型，颅骨手术制备骨缺损后植入NdIns-T/CH,并定期对手术部位进行近红外(NIR)照射。通过小鼠空腹血糖(FBG)的测定，间接监测纳米矿化胰岛素的长程效应。术后16周通过对骨缺损部位进行Micro-CT扫描并计算骨小梁分离度(Tb.Sp)以及免疫组化骨膜蛋白(POSTN)的检测评估NdIns-T/CH的促成骨效应。通过实验终点小鼠心、肝、肾的H&E染色评估NdIns-T/CH的生物安全性。结果：NdIns-T/CH 24 h浸提液针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌MIC90分别为0.084和0.279;MBC分别为0.102和0.448,对金黄色葡萄球的抗菌活性要远大于大肠杆菌；CCK-8结果提示，NdIns-T/CH浸提液可显著提高BMSC高糖环境下存活率(是模型组的3倍)及ALP的表达(P<0.05);NdIns-T/CH浸提液也可显著提高MC3T3-E1细胞高糖环境下存活率及ALP的表达(P<0.05)。动物实验结果显示，颅骨缺损并植入NdIns-T/CH的实验组术后一周的FBG较模型组显著下降(P<0.05),并持续维持直至实验终点。Micro-CT颅骨扫描可见模型组颅骨缺损部位凹陷明显而实验组颅骨缺损部位饱满、平滑、完整。实验组的Tb.Sp比模型组的显著下降(P<0.05)。骨缺损部位免疫组化实验组POSTN的表达要显著高于模型组(P<0.05)。小鼠心、肝、肾的H&E染色结果显示模型组肝脏和肾脏均有一定程度脂肪样变，而实验组肝、肾的脂肪样变明显缓解。结论：针对糖尿病骨缺损NdIns-T/CH具有良好的抗菌、控糖、骨修复效应和生物安全性。

关键词

糖尿病骨缺损 / 纳米递送胰岛素 / 水凝胶