角度分析石墨烯行業的發展

骨缺損導致患者運動障礙、功能缺失甚至危及生命。由於自體骨的來源有限，異體骨有排異性，骨修復與再生一直是醫學難題。以幹細胞、支架材料和生長因子為主要構成元素的組織工程方法是這一難題的最有前途的解決方式。其中，調控幹細胞向成骨細胞分化，是實現新骨形成、骨組織重建的關鍵。利用特殊蛋白對幹細胞分化進行調控的方法，因蛋白來源少、價格高、容易失活，且調控耗周期長，難以實用化。近年來發現利用材料表面納米結構可以實現可靠、快速、持久且位置可控的幹細胞分化的精準調控，這種幹細胞的物理調控方法為骨修復提供了重要的途徑。然而，目前為止，很少有人利用生物可降解材料構建納米結構，實現納米結構調控的幹細胞成骨分化和骨組織修復過程。

在近期的Nano Letters上，山東大學晶體材料國家重點實驗室的劉宏和劉鐸教授、山東大學齊魯醫院的劉超博士合作發表文章，為骨組織修復提供了一種簡便易行的材料製備方法。聚乳酸是美國FDA認證的可用於人體的生物材料，但其骨誘導性能差，難以直接用於骨組織修復。作者利用市售的不同型號的多孔陽極氧化鋁（AAO）作為模板，採用簡便易行的微壓印的方法在聚乳酸（PLA）薄膜表面構建了不同直徑的納米柱陣列。通過對人的脂肪來源間充質幹細胞（hADSCs）在PLA納米柱陣列上的分化行為的研究，發現在不使用任何化學或者生物誘導條件下，hADSCs表現出完全不同的分化能力。人的脂肪間充質幹細胞在不同直徑的納米柱表面結構上培養，表現出不同的幹細胞成骨分化能力。研究發現，直徑為200 nm的納米柱最能促進脂肪間充質幹細胞向成骨分化，動物實驗也證實了這種PLA納米柱陣列材料可以實現異位成骨。

圖1. 不同納米柱直徑聚乳酸陣列的形貌表徵及其生物相容性測試

圖2. hADSCs在不同納米柱直徑聚乳酸陣列上的鋪展形貌

圖3. hADSCs在不同納米柱直徑聚乳酸陣列上培養21天後，成骨相關基因的q-PCR測試結果

圖4. hADSCs在不同納米柱直徑聚乳酸陣列上培養21天後，成骨相關蛋白的熒光免疫染色結果

圖5. 異位成骨組織切片的ALP免疫組織化學染色和H&E染色結果

文中指出，3種納米柱陣列材料（柱體直徑分別為100 nm、200 nm、300 nm）具有程度不同的成骨誘導能力，而PLA平片基本不具備成骨誘導能力。僅在培養48 h後，不同襯底上hADSCs的形態就產生了很大差異，在聚乳酸平片及其他襯底上的幹細胞仍呈梭形，而直徑為200 nm的PLA納米柱陣列材料上的細胞已呈現成骨細胞特徵多邊形結構。培養21天後的基因和蛋白測試結果也表明直徑為200 nm的PLA納米柱陣列材料具有最強的成骨分化促進效果。

該研究工作得到了國家自然科學基金面上項目、國家重點研發計劃重點專項和晶體材料國家重點實驗室的支持。

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