近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院劉潤輝教授團(tuán)隊報道了一種用于骨修復(fù)的基于仿生海藻酸鈉/α-TCP有機-無機互穿網(wǎng)絡(luò)的力學(xué)性能增強型微球。該研究成果以“Bioinspired Alginate/α-TCP Organic-Inorganic Interpenetrating Network Microspheres for Bone Repair”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上（10.1002/adfm.202524421）。
基于骨水泥的微創(chuàng)再生療法在骨缺損修復(fù)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和磷酸鈣骨水泥（CPC）是最常見的兩種骨水泥。然而，PMMA骨水泥存在不可降解、不可吸收，以及在體內(nèi)凝固時放熱過多等固有缺陷。盡管CPC的成分與天然骨相似，但其力學(xué)性能較差、易潰散等缺點限制了實際應(yīng)用。且這些可注射型骨水泥通常缺乏孔隙率，不利于細(xì)胞和血管的長入從而影響骨修復(fù)效果。近年來，微球化骨修復(fù)材料因其獨特的優(yōu)勢備受關(guān)注。微球化骨水泥能夠以最小侵入創(chuàng)口填充任何幾何形狀的缺損，并且自然堆疊的微球之間會形成微米級的孔隙。這些孔隙為內(nèi)源性細(xì)胞提供了遷入和營養(yǎng)代謝的通道，同時有助于血管網(wǎng)絡(luò)的形成。然而，現(xiàn)有單一組分體系如水凝膠或磷酸鈣微球難以實現(xiàn)理想的骨修復(fù)效果。
該研究選用α-磷酸三鈣（α-TCP）作為無機組分，因其水合反應(yīng)可在生理pH值條件下進(jìn)行；且其水解生成的缺鈣羥基磷灰石（CDHA）在晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和形態(tài)特征上與天然骨礦物更為接近。同時選用具有安全無毒的海藻酸鈉（Alg）作為有機組分。值得注意的是，α-TCP釋放的Ca2+不僅能促進(jìn)缺損部位的礦化過程，還可作為海藻酸鈉凝膠化的可靠鈣源，從而確保復(fù)合材料的穩(wěn)定性。該研究通過一步離心法制備了粒徑均一可控的Alg/α-TCP復(fù)合微球，該微球具有天然骨相似的有機-無機互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為進(jìn)一步模擬細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）蛋白中的細(xì)胞粘附位點，該研究采用近期發(fā)現(xiàn)具有促進(jìn)細(xì)胞粘附功能的陽離子-兩親性β-氨基酸聚合物DbaYKY-DM50CO50對微球表面進(jìn)行修飾。體外實驗表明，經(jīng)修飾的Alg/α-TCP復(fù)合微球能有效支持細(xì)胞粘附、增殖，并實現(xiàn)一體化的細(xì)胞凍存、復(fù)蘇與擴增。在大鼠股骨缺損模型中，該微球展現(xiàn)出優(yōu)異的骨修復(fù)效果。
華東理工大學(xué)研究生竇蒙悅是該論文的第一作者，劉潤輝教授和陳琦特聘副研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、材料生物學(xué)與動態(tài)化學(xué)教育部前沿科學(xué)中心等基金的資助。
論文鏈接：http://doi.org/10.1002/adfm.202524421