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《微/纳米结构支架用于软骨和软骨下骨的再生》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2018-12-11

  • 软骨缺损的治疗在临床实践中仍是一个很大的挑战，因为软骨和软骨下骨具有明显不同的生理特性。本研究利用生物材料化学相结合的生物活性支架的可控表面微/纳米结构来解决这一问题。利用3D打印技术和水热法制备了表面微/纳米结构可控的模型生物活性生物材料bredigite (BRT)支架。研究发现，BRT支架表面微/纳米磷酸钙晶体的生长通过修复支架表面的微裂纹显著提高了支架的抗压强度。微/纳米表面明显促进软骨细胞的扩散和分化激活整合素αvb1α5b1形成,调节细胞形态,并促进成骨分化的兔骨髓基质细胞(rBMSCs)通过整合素的协同作用α5b1 RhoA, microrod表面显示的最高的刺激影响软骨细胞的分化和rBMSCs。体内研究表明，3D打印支架的微/纳米结构表面明显促进软骨和软骨下骨组织的再生。本研究表明，在多孔三维支架中构建可控的微/纳米结构表面为诱导骨软骨再生的双谱系生物活性提供了一种聪明的策略。

    ——文章发布于2018年12月07日

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  • 《纳米硅酸盐刺激骨骼和软骨组织的生长。》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2018-04-23
    • 美国德州农工大学的研究人员最新的基因测序实验表明，纳米二氧化硅纳米颗粒可用于人类间充质干细胞的骨骼和软骨组织的生长。这一发现可以帮助开发下一代生物活性材料用于再生医学。 2 d nanosilicates 2 d nanosilicates 人类干细胞对再生医学有很大的潜力，因为它们可以转化成各种特殊的细胞类型，包括骨骼和软骨细胞。目前，这种特殊的细胞是通过将干细胞植入特定的有指导意义的蛋白分子而获得的，这被称为生长因子。然而，这些因素会对身体产生有害的影响，如不需要的组织生长和肿瘤。 由Akhilesh Gaharwar领导的一个小组现在发现，在缺乏生长因子的情况下，2D纳米硅酸盐(或纳米粘土)可以用于生长骨骼和软骨组织。研究人员通过观察纳米粒子与人类间充质干细胞(hMSCs)在整个转录组水平上的相互作用，通过一种称为高通量测序(RNA-seq)的技术获得了他们的研究成果。 细胞基因活动的快照。 二维纳米材料正在成为制造电子器件的理想结构，包括在能源和光学领域。然而，到目前为止，我们还不知道它们如何与人类干细胞相互作用，如果确实如此，它们也可以用于生物医学应用。 RNA-seq是一种下一代高度敏感的测序技术，它揭示了在某一特定时刻，在特定条件下，生物样本中有多少RNA，例如，在纳米粒子的存在下。这项研究的资深作者之一Irtisha Singh解释说:“细胞纳米粒子的相互作用可以产生细胞行为的显著变化，我们可以用这种技术观察。”简单地说，RNA-seq对细胞的基因活性进行了快照。这就像在超级碗里拍一张高分辨率的照片，并在着陆过程中识别每个风扇的反应。 ——文章发布于2018年4月13日
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  • 《上海硅酸盐所在3D打印生物陶瓷支架表面微纳米结构调控骨-软骨一体化修复研究方面取得重要进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2019-02-19
    • 　骨 - 软骨缺损是临床常见疾病。由于软骨和软骨下骨具有不同的生理功能和微结构，因而骨 - 软骨及其界面一体化修复极具挑战。中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员与常江研究员带领的研究团队在前期研究中，提出了利用多种无机活性离子的共同作用诱导骨 - 软骨一体化修复的思想，并设计了一系列不同组成成分的（ Li ， Mn ， Sr ， Si 离子等） 3D 打印生物陶瓷支架，并有效地对兔子骨 - 软骨缺损进行一体化修复（ Adv. Funct. Mater. , 2014, 24: 4473-4483. Adv. Funct. Mater. , 2017, 27 (36), 1703117. Appl. Mater. Today , 2018, 10: 203-216. Theranostics , 2018, 8(7): 1940-1955. Biomaterials , doi.org/10.1016/j.biomaterials. 2018.04.005 ）。在此研究基础上，最近该团队提出利用 3D 打印生物陶瓷支架表面微结构调控骨 - 软骨及其界面一体化修复的思想，并取得重要进展。该研究成果被 Advanced Functional Materials (adfm.201806068R1) 杂志接收（该论文第一作者为邓翠君博士，指导导师为吴成铁研究员）。 　　该团队利用 3D 打印和原位生长相结合的方式，制备了有序大孔结构生物陶瓷的支架，并在支架表面原位生长微米 / 纳米磷酸钙晶体。这种制备方式使不同形貌的磷酸钙晶体能稳定生长在陶瓷支架表面，而且能有效愈合支架表面的微裂纹，并显著增强了支架的力学强度。体外研究结果表明，支架表面微纳米结构显著提高了纤连蛋白的吸附，并进一步促进软骨细胞黏附、增殖和成熟。 　　 　　此外，该研究首次发现生物陶瓷表面微结构对软骨细胞整合素 α5β1 、 αvβ1 有激活作用。其潜在作用机制如下：首先，生物陶瓷支架表面微结构从周围环境募集纤连蛋白，然后支架表面的纤连蛋白被细胞摄取并将其整合到整合素 α 和 β 亚基上，进而促进整合素表达及聚集。随后，活化的整合素诱导 F-Actin 重组，并进一步促进软骨特异性基因（ SOX9, Aggrecan ， COL2 及 N-cadh ）表达，进而促进软骨成熟。生物陶瓷表面微结构除了对软骨细胞有促进作用，同时对骨髓间充质干细胞（ rBMSC ）的成骨分化也有诱导作用。研究结果表明，生物陶瓷支架表面微结构显著增强 rBMSC 的早期黏附和增殖行为，随后陶瓷支架表面微结构通过激活 rBMSC 整合素 α5β1 及 RhoA 信号通路，并协同诱导 F-Actin 有序重组，进而促进 rBMSC 成骨分化。体内研究结果显示，支架表面微纳米结构不仅能有效促进骨 - 软骨组织一体化修复，并且成功地将修复效果延伸至极其复杂的骨和软骨界面。该研究为无机材料应用于骨 - 软骨修复领域提供了可行性依据，同时为生物陶瓷表面微结构应用于骨 - 软骨及其界面的修复提供了新的研究思路。 　　相关研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然基金与中国科学院青年拔尖人才等项目支持。 具有表面微结构的 3D 打印生物陶瓷支架通过激活整合素及 RhoA 信号通路促进骨 - 软骨及其界面修复。 3 D 打印具有表面微结构的生物陶瓷多孔支架。纯 BRT 支架与不同表面微结构修饰的复合支架 Nanograin ， Nano-lamella 及 Microrod 的形貌。
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