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该研究由Yan Huang、Maowen Chen、Yiding Shen、Xinkun Shen、Menghuan Li、Yanan Li、Yuan Liu、Kaiyong Cai、Zhong Luo和Yan Hu共同完成。研究团队分别来自重庆大学生物工程学院生物流变科学与技术教育部重点实验室、温州医科大学附属第三医院瑞安市人民医院以及重庆大学生命科学学院。研究论文发表于《Chemical Engineering Journal》期刊，2023年6月19日在线发表，文章编号为144145。
骨质疏松症（Osteoporosis）是一种常见的骨骼疾病，其特征是骨稳态的全身性破坏，骨吸收与骨形成之间的失衡导致骨结构恶化和骨量丢失。目前，骨质疏松症的治疗策略主要集中在通过靶向恢复骨稳态来逆转骨质破坏。为此，研究团队开发了一种基于CaCO₃纳米材料的骨靶向纳米制剂，该制剂能够在骨质疏松的酸性微环境中被激活，协同调控破骨细胞（osteoclast）和成骨细胞（osteoblast）的活性，从而逆转骨质破坏。研究的主要目标是通过纳米技术实现骨质疏松症的精准治疗，同时探索CaCO₃纳米材料在骨靶向药物递送中的应用潜力。
研究流程包括以下几个主要步骤：
CaCO₃@E2纳米颗粒的制备
研究团队通过气体扩散法合成了负载β-雌二醇（E2）的CaCO₃纳米颗粒（CaCO₃@E2）。具体方法是将CaCl₂与不同比例的E2混合，置于含有NH₄HCO₃的密闭容器中，经过36小时反应后，通过离心收集并纯化纳米颗粒。最终确定E2与CaCl₂的质量比为1:1，药物负载率约为7.4%。
MC3T3-E1细胞膜的修饰与提取
研究团队通过代谢糖工程技术，将叠氮基团引入MC3T3-E1细胞膜表面。具体方法是将MC3T3-E1细胞与Ac4ManNAz孵育2天，随后提取细胞膜。通过流式细胞术和荧光成像验证了叠氮基团的成功表达。
骨靶向纳米颗粒的构建
提取的MC3T3-E1细胞膜被用于包裹CaCO₃@E2纳米核，随后通过无铜点击反应将骨靶向分子阿仑膦酸钠（Alendronate, ALN）修饰到细胞膜表面，形成最终的骨靶向纳米颗粒（AM-CaCO₃@E2）。X射线光电子能谱（XPS）和透射电子显微镜（TEM）验证了纳米颗粒的成功构建。
药物释放与体外实验
研究团队评估了AM-CaCO₃@E2在不同pH条件下的药物释放行为。结果表明，在pH 4.5的酸性环境下，CaCO₃@E2纳米颗粒迅速降解，释放E2和Ca²⁺离子，而在pH 7.4的中性环境下，药物释放速率显著降低。此外，体外实验表明，AM-CaCO₃@E2能够有效抑制破骨细胞的活性，同时促进成骨细胞的增殖和分化。
体内实验与骨质疏松治疗
研究团队通过卵巢切除（OVX）小鼠模型评估了AM-CaCO₃@E2的骨靶向能力和治疗效果。结果表明，AM-CaCO₃@E2能够选择性沉积于骨质疏松骨组织，并通过释放E2和Ca²⁺离子，显著抑制破骨细胞的活性，同时促进新骨形成。Micro-CT分析和组织学染色进一步验证了其治疗效果。
CaCO₃@E2纳米颗粒的制备与表征
TEM图像显示，CaCO₃@E2纳米颗粒呈单分散球形，平均直径约为100 nm。XPS和紫外-可见光谱（UV-Vis）分析证实了E2的成功负载。
骨靶向纳米颗粒的构建与验证
XPS和TEM分析表明，MC3T3-E1细胞膜成功包裹了CaCO₃@E2纳米核，并且ALN分子通过点击反应修饰到细胞膜表面。纳米颗粒的粒径分布和表面电荷也符合预期。
药物释放与体外实验
在pH 4.5的酸性环境下，AM-CaCO₃@E2的E2释放率在72小时后达到82.45%，而在pH 7.4的中性环境下仅为22.08%。体外实验表明，AM-CaCO₃@E2能够显著抑制破骨细胞的活性，同时促进成骨细胞的增殖和分化。
体内实验与治疗效果
Micro-CT分析显示，AM-CaCO₃@E2治疗组的新骨形成量显著高于对照组。组织学染色进一步证实了其抑制破骨细胞活性和促进新骨形成的能力。
该研究成功开发了一种基于CaCO₃纳米材料的骨靶向纳米制剂，能够通过靶向递送E2和Ca²⁺离子，协同调控破骨细胞和成骨细胞的活性，从而有效逆转骨质疏松症引起的骨质破坏。该研究为骨质疏松症的精准治疗提供了一种新的策略，同时展示了CaCO₃纳米材料在骨靶向药物递送中的巨大潜力。
新颖的纳米制剂设计
研究团队首次将MC3T3-E1细胞膜包裹技术与CaCO₃纳米材料相结合，构建了一种具有骨靶向和pH响应性药物释放功能的纳米制剂。
协同调控骨稳态
AM-CaCO₃@E2通过同时抑制破骨细胞活性和促进成骨细胞活性，实现了骨质疏松症的双重治疗。
显著的体内治疗效果
实验结果表明，AM-CaCO₃@E2能够显著促进新骨形成，恢复骨质疏松骨组织的正常结构。
研究团队还评估了AM-CaCO₃@E2的血液相容性和系统毒性，结果表明该纳米制剂具有良好的生物相容性，为未来的临床应用奠定了基础。
通过以上研究，该团队为骨质疏松症的治疗提供了一种高效、精准的纳米药物递送系统，具有重要的科学意义和临床应用价值。