細胞外囊泡是由細胞分泌的微囊泡，參與細胞對外通訊以及細胞的生理行為調節，在各種正常生理及病理行為調控中起著重要的作用。其中，基質小泡是一類由成骨細胞分泌的細胞外囊泡，大量研究表明基質小泡是生物礦化的起點。那麼，有無可能利用基質小泡在礦化中的關鍵作用使其用於細胞礦化行為的調控呢？近日，武漢大學口腔醫院張玉峰團隊和袁荃團隊合作，設計了仿生基質小泡，探究其在細胞礦化行為調控方面的應用。
基質小泡中含有大量的無機磷酸根離子，這些磷酸根離子會與鈣離子結合形成生物礦化所需要的羥基磷灰石，繼而在細胞基質中引發後續的礦化行為，因此設計仿生基質小泡的一個關鍵是可以提供磷酸根離子；另外，由於基質小泡是成骨細胞分泌，基質小泡會在成骨細胞周圍基質中大量富集，因此設計仿生基質小泡的另一關鍵是需要賦予仿生基質小泡識別成骨細胞的能力。
基於上述兩點考慮，武漢大學口腔醫院張玉峰團隊和袁荃團隊合作，結合具有生物可降解性的黑磷量子點及具有靶向識別能力的核酸適體得到仿生基質小泡。他們將黑磷量子點包埋於聚合物微球中，並在微球表面修飾可以靶向識別成骨細胞的核酸適體。核酸適體可以引導仿生基質小泡到達成骨細胞周圍，同時包覆在仿生基質小泡中的黑磷量子點具有優良的生物相容性，在生理環境下會逐漸降解生成磷酸根離子，繼而與基質中的鈣離子結合形成礦化所需的磷酸鈣類物質。另外，有研究表明光熱刺激可以促進生物礦化，黑磷量子點具有光熱轉換能力，在近紅外光的輻射下可以產熱，因此仿生基質小泡的光熱效應同樣可以用於調控成骨細胞生物礦化。更進一步，該團隊將仿生基質小泡用於顱骨缺損小鼠模型中以評估其促骨組織再生的能力。
仿生基質小泡用於顱骨再生示意圖
在細胞礦化調控中，由於磷酸根離子的生成及光熱刺激作用，仿生基質小泡可以促進生物礦化，細胞礦化結節程度提高同時礦化相關蛋白表達量上調。在顱骨缺損小鼠模型中，利用仿生基質小泡及近紅外光熱處理的小鼠顱骨再生情況良好。
這一成果近期發表在Nature Communications上，文章的第一作者是武漢大學博士研究生王穎倩、胡曉霞和張靈玲。
原文（掃描或長按二維碼，識別後直達原文頁面）：
Bioinspired extracellular vesicles embedded with black phosphorus for molecular recognition-guided biomineralization
Yingqian Wang, Xiaoxia Hu, Lingling Zhang, Chunli Zhu, Jie Wang, Yingxue Li, Yulan Wang, Can Wang, Yufeng Zhang, Quan Yuan
Nat. Commun., 2019, 10, 2829, DOI: 10.1038/s41467-019-10761-5