浙江大学王征科课题组：多层次结构、高矿物含量支架材料在骨修复中的应用

2023-05-01 来源：高分子科技

先天性骨畸形、慢性炎症、严重创伤、恶性骨肿瘤切除等都可能导致大尺寸骨缺损。尽管自体骨移植仍是骨缺损修复的黄金标准，但其供体有限，促使研究人员不断开发合适的人工骨修复材料，如骨水泥、水凝胶、支架等。负载成骨相关细胞或细胞因子的骨再生支架在大尺寸骨缺损修复中表现出良好的治疗潜力。然而，细胞来源有限、生长因子及其浓度选择困难、免疫排斥等因素严重阻碍了其在临床上的应用。能够原位募集间充质干细胞（MSCs），并实现内源性骨再生的支架材料在实际应用中往往更受欢迎。

本研究采用原位矿化法制备了具有高矿物含量和向心孔排列结构的壳聚糖-碳酸钙骨修复支架材料，并研究了其骨修复性能（图1）。壳聚糖凝胶化过程中的离子扩散以及冰冻过程中的冰晶生长共同造就了孔隙的向心排列（图2）。本研究首次报道了高碳酸钙含量的复合支架材料能够有效募集MSCs，并诱导其成骨分化（图3、图4）。在适宜孔隙率和孔径的基础上，增加支架中碳酸钙含量可有效促进骨再生（图5）。与在支架中引入生长因子或细胞不同，本研究通过简单的有机-无机杂化和多层次结构设计，实现了优异的骨再生效果，为骨再生修复提供了一种新选择。

图1. 多层次结构壳聚糖-碳酸钙复合支架及其骨修复性能

图2. 壳聚糖-碳酸钙复合支架的向心多孔结构

图3. 壳聚糖-碳酸钙复合支架体外诱导MSCs迁移和成骨分化

图4. 壳聚糖-碳酸钙复合支架动物体内募集MSCs

图5. 壳聚糖-碳酸钙复合支架的骨修复性能

相关研究成果近日以“Chitosan-Calcium Carbonate Scaffold with High Mineral Content and Hierarchical Structure for Bone Regeneration”为题，发表于Smart Materials in Medicine（DOI: 10.1016/j.smaim.2023.04.004）。浙江大学博士生刘霄洋为本文第一作者，浙江大学王征科副教授为本文通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.smaim.2023.04.004

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（责任编辑：xu）

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