源自蛋殼的新型仿生骨修復材料開發(fā)成功
上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院眼科教授范先群課題組與泉州師范學院教授楊大鵬課題組合作，開發(fā)了一種蛋殼來源的新型骨修復納米材料，該材料具有環(huán)保、仿生、骨誘導的特性，為骨組織工程支架材料的開發(fā)提供思路。近日，《化學工程雜志》在線發(fā)表了這一研究成果。
創(chuàng)傷、腫瘤切除和先天性疾病等引起的骨缺損可導致骨骼畸形和功能障礙，嚴重影響患者的日常生活。近年來，組織工程學的飛速發(fā)展為骨缺損修復研究領域注入了活力，科學家在通過模仿骨骼的天然無機成分來合成仿生無機材料方面進行了大量努力，并為提高支架材料的骨誘導性做過多種嘗試，但仍存在合成過程復雜、結構差異巨大等諸多問題亟待解決。
在人們的日常生活中，每天都有大量的蛋殼垃圾產生，蛋殼廣泛的可及性、優(yōu)越的生物物理特性賦予其在催化、能源和醫(yī)藥領域的重要價值。作為一種主體成分為碳酸鈣的天然材料，蛋殼中富含的Mg、P、Si、Sr、Na等微量元素在促進血管生成和成骨方面也發(fā)揮著重要作用，而其在骨再生領域中的應用研究甚少開展，基于此，范先群教授帶領的眼眶骨修復研究團隊和楊大鵬教授帶領的納米材料研發(fā)團隊提出蛋殼顆粒或可作為一種生物填料，將其改性后摻入羧甲基殼聚糖（CMC）交聯(lián)制備仿生型的骨修復材料。
該團隊在充分考慮了Mg在成骨中的重要作用及其應用弊端后，決定選擇M納米材料作為提高復合材料的突破口。團隊采用簡單的浸漬和煅燒法合成了M納米粒子改性的蛋殼微晶體（CaCO3/M），并通過化學交聯(lián)將CaCO3/M和BMP2復合到CMC基體中制備了仿生支架；隨后測定了復合支架的生物相容性和礦化能力，并從分子水平、細胞水平和動物水平對復合支架的骨誘導性進行了系統(tǒng)評價和機制分析。
研究結果表明：新型復合CaCO3/M/CMC/BMP2支架的楊氏模量和抗壓強度均高于CMC支架；細胞實驗證實該支架具有顯著的礦化能力和骨向分化誘導性；在此基礎上，大鼠顱骨骨缺損修復實驗表明，新型復合支架具有良好的骨缺損修復效果；對該材料促成骨分化機制的分析表明，復合支架釋放的Mg2+離子和BMP2可以激活ERK1/2和Akt途徑的磷酸化，從而實現(xiàn)多途徑協(xié)同促進成骨。
據(jù)悉，該項研究旨在開發(fā)一種具有生物活性的仿生支架，從而為骨缺損修復治療提供新的思路。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125098
