汇融实验室作为羟基磷灰石生产者，通常我们会接到诸如“羟基磷灰石纯度”、“碎片残留”、“孔隙率”、“粒径分布”等询问，而极少有关于羟基磷灰石形状的深入考究，这可能是由于目前国内大部分羟基磷灰石植入产品（包含一些人工骨产品）都是以微球形式呈现的，大家默认微球就是最佳的选择。那么，为何再生类产品（包括 PCL、PLLA、PDLLA等）都是圆球形状，而不是方块、三角、椭圆之类的形态？
早该回答的问题
为了直观对比（如下图），这次研究共设计了5组羟基磷灰石颗粒，尺寸从小到大排列依次为：
颗粒大小的影响
本次试验在不同BMDC浓度中（0.2mg/mL - 1mg/mL），单独的羟基磷灰石颗粒或与Toll样受体（TLR）-4激动剂LPS（1ng/mL，用于诱导促炎细胞因子分泌）组合孵育，24小时后分析上清液中的IL-1β。结果表明，通过使用不同筛子将R20和S20颗粒分离成不同的尺寸，BMDC的促炎因子IL-1β在较小尺寸颗粒（1-6μm）中分泌最高，中等尺寸颗粒（15-20μm）适中，大于30μm的颗粒可以忽略不计（ 如下图所示）。羟基磷灰石颗粒的大小决定了小鼠BMDC的促炎细胞因子生成。
颗粒形状的影响
在小鼠的骨髓来源的巨噬细胞（BMDM）中单独加入羟基磷灰石颗粒或在使用LPS（10ng·ml/L）预处理3小时后加入颗粒进行刺激。24小时后收集上清液，通过ELISA检测IL-1β分泌。结果表明，颗粒形状在很大程度上影响到炎症反应。与球形颗粒相比，针状的颗粒具有更高的长宽比（AR），针状N5颗粒比球形对应物引发了更强的促炎反应（如下图所示）。
既往研究表明，较高长宽比的颗粒更容易被吞噬。此外，针状N5颗粒在较高浓度下也导致了树突状细胞和巨噬细胞的存活率显著下降，这可能归因于颗粒的形状，因为一些研究报告称针状颗粒可刺穿细胞膜，导致毒性增加。这一点已在多种成分的针状颗粒中确定，包括羟基磷灰石、聚苯乙烯和金属银。在高N5浓度下观察到的细胞毒性效应也可能由于吞噬作用期间活性氧（ROS）的释放，这是吞噬细胞杀死微生物的一种机制。
Baranov等的综述中指出，针状粒子通过炎症体的激活取决于ROS的产生和组织蛋白酶B，尽管这一过程的确切机制尚不清楚，但它可能与吞噬作用受挫，以及ROS和溶解酶在细胞外环境中的泄漏有关。与针状粒子类似，具有高曲率的不规则形状粒子也可以诱导炎症体。
研究还发现，针状羟基磷灰石颗粒在腹腔注射后比其球形对应物诱导显著更高的炎症反应。我们将小鼠单独注射PBS或与每组羟基磷灰石颗粒1mg的组合。24小时后，处死小鼠并收集腹腔渗出细胞，使用流式细胞仪进行分析。
如下图所示，注射PBS的小鼠表现出大量驻留腹腔巨噬细胞，中等数量的肥大细胞和少量单核细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞。注射后24小时，与用PBS处理的小鼠相比，所有配方注射的小鼠驻留巨噬细胞总数显著减少。与驻留巨噬细胞的耗竭相反，我们观察到用N5颗粒处理的小鼠腹腔中显著招募了中性粒细胞和嗜酸性粒细胞。尽管R20和S0.1颗粒引起了一些细胞招募，但这种效应并不显著，表明在体内，羟基磷灰石颗粒形状在决定免疫细胞浸润程度中起着关键作用。
综合上述结果，我们发现：
纳米级与微米级羟基磷灰石颗粒相比，具有更强的免疫刺激性； 小针状羟基磷灰石颗粒引发了最大的炎症反应，而相似大小的球形颗粒或较大颗粒，触发的反应有限； 小鼠模型的体内研究证明，较小的针状颗粒增加了免疫细胞的招募，并推动了持续的促炎反应； 未观察到测试的两种表面拓扑（即表面光滑的S20和表面粗糙多孔的R20）在促炎因子IL-1β分泌上的任何差异； 羟基磷灰石颗粒以NLRP3依赖性方式促使IL-1β的分泌；
不规则的大颗粒与圆润的球型小颗粒在引发炎性上，没有太大差异性。
HEROSTEMLAB 汇融实验室
