《Adv. Healthcare Mater.》 | 拉曼光譜技術結合納米仿生系統(tǒng)揭示病理性礦化調控炎癥的內在機制
2021年10月，吉林大學口腔醫(yī)院李道偉副教授團隊應用辰英核心產(chǎn)品——共聚焦拉曼光譜儀HOOKE P300，在期刊《Adv. Healthcare Mater.》（影響因子9.933）上發(fā)表文章“Unraveling an Innate Mechanism of Pathological Mineralization-Regulated Inflammation by a Nanobiomimetic System”。
該系統(tǒng)是由PLGA（聚乳酸-羥基乙酸共聚物），HA（羥磷灰石），和Gelatin（明膠）靜電紡絲納米纖維組成，分別用來模擬病理性礦化微環(huán)境中的高脂環(huán)境，鈣離子，和基質蛋白。PLGA可模擬脂質，誘發(fā)局部炎癥，促進局部點狀礦化的形成，但可阻止鈣離子的滲透。明膠可以模擬基質蛋白，促進鈣離子的滲透與成核，以及晶體的成熟。我們的結果表明，炎癥應答會在礦化的過程中不斷降低。當成熟的礦化形成時，炎癥幾乎完全消失。從機制上來說，病理性礦化的形成是由基質蛋白、局部高濃度的鈣離子和細胞碎片成分所介導的，還會受到巨噬細胞分泌的溶酶體/質膜組分的主動調節(jié)。這些炎癥誘導因子(鈣、細胞碎片等)可以通過礦化過程被“掩埋”，導致免疫應答的下降。
01 研究背景
病理性礦化以磷酸鈣鹽的沉積為特征，幾乎在所有的結締組織中都可以發(fā)生。病理性礦化常發(fā)生在炎癥狀態(tài)下，會影響一系列疾病的預后，例如動脈粥樣硬化和癌癥。一般來說，持續(xù)的炎癥反應被看作是軟組織發(fā)生病理性礦化的關鍵因素。異常的礦化是一個受到鈣磷酸鹽、蛋白質、脂質、局部浸潤細胞等多種因素調控和影響的動態(tài)過程。然而，這些因素的具體功能尚不清楚。目前，尚未有研究報道病理性礦化對炎癥的具體影響。此外，目前仍然缺乏良好的活體模型來研究礦化對炎癥的作用。
02 圖文導讀
1. PLGA/HA/Gelatin靜電紡絲納米纖維的設計及其用于研究病理性礦化和炎癥之間的關系。
2. 納米纖維支架介導的局部炎癥。不同納米纖維植入組織的代表性HE切片所示。結果表明，支架與組織交界處的PH、PGH基團有明顯礦化，形成礦壁，將支架內部與周圍組織分離。此外，可以發(fā)現(xiàn)HA在支架與組織界面處的嗜堿性染色明顯強于支架內部，說明體液和細胞對支架周圍的礦化有明顯的貢獻。作者發(fā)現(xiàn)PGH組和PG組的陽性染色印跡呈針狀，進一步說明明膠可以作為膠原樣模板用于HA晶體的沉積和生長。
3. 共聚焦拉曼光譜分析局部礦化過程。研究團隊利用HOOKE P300單細胞檢測級共聚焦拉曼系統(tǒng)對組織切片中的礦化狀態(tài)進行了深入研究。對于磷灰石組織或合成磷灰石，(PO4 ) -3(ν1 )的拉曼位移頻率會受到周圍礦物的影響。作者研究的結果表明，在 PG、PH 和 PGH 組中觀察到與(PO4) -3(ν1 )對應的 945-961 cm -1強拉曼峰，結果表明，所有這些支架都在體內誘導了高結晶羥基磷灰石（HA）形成。PGH組與其他組相比(PO4 ) -3(ν1 )的相對強度要高得多。對于 PLGA 或明膠，特征拉曼位移頻率在結果中展示，主要包括872 cm-1 (ν c-coo ), 1450 cm-1 (δ CH3) and 1762 ( ν c=o ) cm ?1。1762 cm ?1 處的拉曼位移頻率是 PLGA 中的酯鍵。與P和PH組相比，PG和PGH組在1762 cm ?1處較低的強度，表明這兩組PLGA的降解速度更快。乳酸是PLGA的降解產(chǎn)物。增加的滲透性和比表面積會導致PGH支架更快的降解，產(chǎn)生更多的降解產(chǎn)物，包括乳酸。在PG和PGH組中，由于較高的滲透率，乳酸的擴散也增強。因此，872 cm -1 處的強度變化（乳酸組分中的 C-COO）進一步證實了 PLGA 在各種支架中的降解特性。此外，PG和PGH組中1271和1670 cm -1 對應于明膠的酰胺III和酰胺I區(qū)域的強度由于明膠的摻入而顯著增加。明膠可以模擬細胞外基質蛋白，為PTM的形成提供成核位點。
4. 納米纖維支架的體內免疫反應。H&E染色組織學圖像顯示，各組均因PLGA的酸性降解產(chǎn)物引起不同程度的炎癥反應。在PGH組，發(fā)現(xiàn)未成熟鈣化區(qū)，其炎癥反應明顯高于成熟鈣化區(qū)。并且PGH組未成熟顆粒化被一層多核細胞包圍。
5. 免疫組化研究。通過免疫組化染色在各組中檢測到炎性細胞因子、白介素α（ILα）和腫瘤壞死因子α（TNFα）。ILα 的陽性染色可見于各組的所有樣品中。強陽性ILα染色僅見于非鈣化 P 和 PG 組。在鈣化 PGH 支架中很少有分散的陽性ILα。此外，各組中TNFα的陽性染色很少。這些結果表明礦化可以解決炎癥反應，并且是體內炎癥調節(jié)的自然機制。
03 結論
這項研究表明病理性礦化是炎癥消退的內在機制之一，其通過“掩埋”局部的炎癥誘導因子來降低炎癥應答，為了解礦化對炎癥的作用提供了有價值的見解。
參考文獻
Unraveling An Innate Mechanism of Pathological Mineralization-Regulated Inflammation By A Nanobiomimetic System. Adv. Healthcare Mater. 2021, DOI: 10.1002/adhm.202101586
HOOKE P300 是辰英科儀自主研制的一款生物檢測級別的智能型共聚焦拉曼光譜儀。該儀器集高穩(wěn)定性、高分辨率、高效信號采集為一體；模塊化設計，可靈活與多款儀器耦合；搭載潛心開發(fā)的HOOKE IntP智能軟件，可幫助用戶深度挖掘光譜內在信息，讓您輕松構建專屬自己的拉曼數(shù)據(jù)庫。HOOKE P300操作簡單便捷，為生物檢測、成分分析、物質鑒別以及多領域科學研究提供有新型工具。
