image: (上)仿生支架从宏观、微观到纳米都模拟了天然骨的结构、机械、电学和化学特性。天然骨由压电胶原纤维和由胶原纤维排列的有序结构组成，相应的仿生支架由有序压电PLLA纤维和表面HA颗粒组成。(下)压电仿生支架通过四个方面作用于骨缺损：干细胞招募、干细胞分化、抗炎和血管生成，最终诱导新骨再生。支架释放钙离子来改变化学环境，允许干细胞的招募，这些干细胞通过超声压电分化为成骨。支架通过影响MSCs中的钙通道和PI3K信号通路来促进成骨分化。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《科学通报》杂志在线发表了中科院北京纳米能源所李舟研究员与国家纳米科学中心陈春英研究员合作的研究成果，该研究团队开发了一种压电诱导的可控矿化策略，为组织工程支架的开发及其在物理刺激疗法领域的应用提供了新思路。论文的第一作者为中国科学院大学纳米科学与工程学院博士生崔希。
受自然界中天然骨骼环境中的启发，研究人员开发了一种压电催化诱导的可控矿化策略，实现了具有类骨微环境的均衡机械、化学和电学特性的仿生组织工程支架（pcm-PLLA）的构建。该支架通过静电纺丝工艺制备了一种具有有序微纳结构的压电聚合物聚左旋乳酸（PLLA）纤维，并通过PLLA介导的压电催化促进多巴胺的原位聚合，最终调节了纤维表面羟基磷灰石晶体（HA）的可控生长从而实现了仿生组织工程支架的构建。其中，有序的压电聚合物聚左旋乳酸（PLLA）纤维具有类似骨骼的互连孔隙结构以及类似骨骼的压电特性。在PLLA介导的压电催化促进多巴胺的原位聚合的基础上，通过受控矿化形成的大小均匀的HA纳米晶体提供了类似骨骼的机械强度和化学环境。
体内实验的研究结果表明，pcm-PLLA支架能快速招募内源性干细胞，并通过超声响应压电信号激活细胞膜钙通道和PI3K信号通路，促进其向成骨细胞分化。此外，该支架还为促进巨噬细胞M2极化和血管生成提供了合适的微环境，综合促进了大鼠颅骨缺损的骨再生。
该文中所提出的仿生天然骨的压电支架为骨组织工程支架的开发提供了新思路，研究详情请见原文：
Piezocatalytically-induced controllable mineralization scaffold with bone-like microenvironment to achieve endogenous bone regeneration. https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.04.002
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Science Bulletin