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微生物催化生物陶瓷可用于骨再生

[所屬分類:行業動態] [發布時間:2021-10-22] [發布人:網站管理員2] [閱讀次數:] [返回]

微生(sheng)物(wu)催(cui)化生(sheng)物(wu)陶瓷可(ke)用于骨(gu)再生(sheng)
作(zuo)者：秦志(zhi)偉來源：中國科(ke)學報
山東拓普生物(wu)工(gong)程有限公(gong)司  //ljxinglong.com
近(jin)日，中國科學院上(shang)海硅酸鹽(yan)研究(jiu)所研究(jiu)員(yuan)吳成(cheng)鐵團隊提出(chu)微生物(wu)催(cui)(cui)化活性礦物(wu)誘導成(cheng)骨(gu)(gu)的(de)思想，并利用微生物(wu)催(cui)(cui)化作(zuo)用構(gou)建生物(wu)陶瓷支(zhi)架表(biao)面微納米結構(gou)用于骨(gu)(gu)組(zu)織再生。研究(jiu)成(cheng)果(guo)發表(biao)于《先進材料(liao)》。
吳成鐵告訴《中國科學報》，受自然界中微生(sheng)(sheng)物礦化(hua)(hua)現象的(de)(de)啟發(fa)，研究團隊(dui)通過(guo)微生(sheng)(sheng)物催化(hua)(hua)作用在傳統陶瓷(ci)(ci)材料（硅酸鹽）表(biao)面生(sheng)(sheng)長出(chu)具有生(sheng)(sheng)物活性(xing)的(de)(de)納米碳酸鈣礦物，將(jiang)傳統陶瓷(ci)(ci)材料與(yu)微生(sheng)(sheng)物基活性(xing)材料相結合(he)用于骨組織工程（如圖所示(shi)）。
骨(gu)(gu)骼是(shi)一種復雜的(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)礦(kuang)化組織，由微(wei)納米尺(chi)度的(de)(de)(de)有(you)機（細胞(bao)、蛋(dan)白質）和無機（羥基磷灰(hui)石、碳酸(suan)鈣）材(cai)(cai)料(liao)(liao)組裝而成(cheng)(cheng)。理(li)(li)想的(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)需要具有(you)優(you)良(liang)的(de)(de)(de)骨(gu)(gu)傳(chuan)導性與骨(gu)(gu)誘(you)導性，能高(gao)效促(cu)進新生(sheng)骨(gu)(gu)的(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)。而生(sheng)物(wu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)植入體的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)與宿主細胞(bao)直接(jie)接(jie)觸，其物(wu)理(li)(li)化學特征(zheng)是(shi)生(sheng)物(wu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)成(cheng)(cheng)功應用的(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)因素之一。越來越多證據表(biao)(biao)明，材(cai)(cai)料(liao)(liao)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)微(wei)納米形貌及其化學特征(zheng)能有(you)效調控細胞(bao)的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)骨(gu)(gu)活性。然而，傳(chuan)統的(de)(de)(de)三維打印陶(tao)瓷(ci)支架(jia)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)改(gai)性主要基于水熱法(fa)、有(you)機模版法(fa)等化學方法(fa)，這種非(fei)生(sheng)物(wu)調控的(de)(de)(de)礦(kuang)化過程不(bu)利于晶體尺(chi)寸與結晶度的(de)(de)(de)控制(zhi)，從而限制(zhi)了(le)其生(sheng)物(wu)學效應的(de)(de)(de)高(gao)效發(fa)揮。
為(wei)此，研究團隊利用(yong)產脲(niao)酶(mei)(mei)菌的(de)(de)代謝作(zuo)用(yong)在(zai)陶瓷材(cai)料表(biao)面(mian)(mian)誘(you)導出(chu)均(jun)勻的(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)礦化(hua)(hua)層。期間，微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)首先粘附在(zai)基(ji)底(di)陶瓷表(biao)面(mian)(mian)，在(zai)脲(niao)酶(mei)(mei)和(he)碳酸(suan)(suan)酐酶(mei)(mei)的(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)下(xia)提升微環境(jing)中的(de)(de)pH與CO32-濃度。同時，細(xi)菌細(xi)胞(bao)壁表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)負電性(xing)(xing)(xing)基(ji)團吸附Ca2+，促進(jin)碳酸(suan)(suan)鈣(gai)顆(ke)粒的(de)(de)結核與生(sheng)(sheng)長。微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)在(zai)陶瓷材(cai)料表(biao)面(mian)(mian)構建的(de)(de)納米碳酸(suan)(suan)鈣(gai)礦物(wu)(wu)(wu)明(ming)顯抑制了硅酸(suan)(suan)鈣(gai)陶瓷的(de)(de)快速降解，并對(dui)骨(gu)髓間充質干細(xi)胞(bao)的(de)(de)粘附、鋪展、增(zeng)殖、遷移和(he)分化(hua)(hua)等細(xi)胞(bao)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)活性(xing)(xing)(xing)具有更好的(de)(de)促進(jin)作(zuo)用(yong)。在(zai)皮下(xia)植(zhi)入和(he)大塊(kuai)骨(gu)缺損修(xiu)復動物(wu)(wu)(wu)實驗中，微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)催(cui)化(hua)(hua)的(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)材(cai)料具有良好的(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)相容性(xing)(xing)(xing)，表(biao)現(xian)出(chu)顯著的(de)(de)促骨(gu)組織(zhi)再生(sheng)(sheng)的(de)(de)優(you)良生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)活性(xing)(xing)(xing)。
“綜上所述(shu)，微生物(wu)催化的(de)(de)生物(wu)活性材料用(yong)于(yu)骨(gu)組(zu)織再(zai)生是一(yi)種微生物(wu)與組(zu)織工程相結合的(de)(de)新方法，這(zhe)種策略為(wei)生物(wu)醫學材料的(de)(de)制備提供了新思路。” 吳(wu)成鐵說。
相關研(yan)究(jiu)得(de)到國(guo)家重點研(yan)發計(ji)劃(hua)、國(guo)家自然科學基金、上海市科委(wei)等基金支持。
相(xiang)關論文信息：//doi.org/10.1002/adma.202104829

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微生物催化生物陶瓷可用于骨再生