近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院劉潤(rùn)輝教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種新的聚合物策略，實(shí)現(xiàn)了成骨細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的顯著選擇性和優(yōu)異的促骨整合功能。該研究成果以“Promoting implant osseointegration via the osteoblast-selective β-amino acid polymer strategy”為題發(fā)表在Nature Communications上（Nat. Commun. 2025, 16: 7190）。
骨整合對(duì)于種植牙等永久性植入物發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這一過(guò)程主要取決于成骨細(xì)胞在植入物表面的初始黏附，這些細(xì)胞分泌的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）對(duì)新骨的重塑和礦化至關(guān)重要。然而在植入過(guò)程中，異物反應(yīng)引發(fā)的傷口愈合反應(yīng)或由于患者個(gè)體差異導(dǎo)致局部組織愈合微環(huán)境遭到破壞時(shí)，成纖維細(xì)胞可能會(huì)被募集到植入物附近區(qū)域。這會(huì)導(dǎo)致纖維包膜的形成，抑制成骨細(xì)胞在植入物表面的定植，從而增加骨整合失敗的可能性。目前大多數(shù)現(xiàn)有策略雖能促進(jìn)成骨細(xì)胞黏附，但缺乏對(duì)成骨細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的選擇性。雖然 KRSR 肽可促進(jìn)成骨細(xì)胞的選擇性黏附，但其存在天然肽的常見(jiàn)缺點(diǎn)，如易被蛋白酶水解、大規(guī)模合成困難且成本高昂。因此，開(kāi)發(fā)能夠選擇性促進(jìn)成骨細(xì)胞黏附而非成纖維細(xì)胞黏附的生物材料和植入物涂層，對(duì)于改善骨整合至關(guān)重要。
成骨細(xì)胞和成纖維細(xì)胞因其細(xì)胞類型和功能不同，表現(xiàn)出不同的黏附行為，這意味著通過(guò)調(diào)整表面化學(xué)成分和蛋白質(zhì)吸附來(lái)開(kāi)發(fā)成骨細(xì)胞選擇性生物活性分子具有可行性。β-氨基酸聚合物有望應(yīng)用于生物材料領(lǐng)域，因?yàn)槠渲麈湵举|(zhì)上模擬蛋白質(zhì)，并且克服了細(xì)胞外基質(zhì)衍生肽的缺點(diǎn)，具有出色的抗蛋白酶水解穩(wěn)定性、易于大規(guī)模合成且成本低廉。該研究使用一系列具有不同組成、可調(diào)節(jié)正電荷和兩親性的兩親性β-氨基酸聚合物，探究成骨細(xì)胞與成纖維細(xì)胞之間的選擇性。值得注意的是，該研究觀察到這些聚合物對(duì)蛋白質(zhì)的吸附具有可調(diào)節(jié)性，并確定了一種最優(yōu)聚合物MM50CH50，其在體外表現(xiàn)出理想的成骨細(xì)胞選擇性黏附，在大鼠口腔植入模型中具有強(qiáng)大的體內(nèi)骨整合能力，優(yōu)于細(xì)胞黏附的金標(biāo)準(zhǔn) RGD和成骨細(xì)胞選擇性肽KRSR。成骨細(xì)胞選擇性β-氨基酸聚合物的這些優(yōu)勢(shì)及其結(jié)構(gòu)多樣性，使這一設(shè)計(jì)成為一種有前景且有效的策略，用于開(kāi)發(fā)在骨整合早期階段增強(qiáng)牙科或骨科手術(shù)中植入物骨整合、預(yù)防無(wú)菌性松動(dòng)的生物材料。
華東理工大學(xué)陳琦特聘副研究員是該論文的第一作者，劉潤(rùn)輝教授為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委等基金資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58394-1