多功能介孔生物活性玻璃用于组织工程研究获系列进展

　　骨、软骨及牙周缺损修复是目前临床上面临的最具有挑战性的问题之一，虽然组织工程方法为解决这类问题提供了新方法，但是传统的组织工程支架材料因结构与功能单一，在组织工程应用中仍然存在诸多问题。中国科学院上海硅酸盐研究所研究员常江与吴成铁带领的研究小组在过去三年中，通过与昆士兰科技大学和浙江大学合作，在多功能介孔生物活性玻璃组织工程支架的设计、制备与应用中取得了系列重要研究进展。最近，该研究小组成功制备了含Li的介孔生物活性玻璃支架，并与浙江大学合作研究了其在关节缺损修复中的作用，发现该类材料不仅能够促进关节软骨下骨的修复，同时还能够促进关节软骨缺损的愈合与再生，充分体现了该类材料修复骨-软骨的双向功能特性，相关的研究机理涉及该类材料不仅活化了骨髓基质干细胞的Wnt/β-catenin信号通路，而且激活了软骨细胞的自噬功能(图1)。目前该研究成果被Advanced Functional Materials接收。该类材料不仅能够用于骨-软骨修复，同时还能够显著地诱导牙周膜干细胞的成骨成牙分化，有望用于牙周缺损修复与再生。(Biomaterials. 2012; 33:6370-9)

　　介孔生物活性玻璃支架不仅能够促进骨的修复，还能够诱导干细胞成血管化。该小组通过引入诱导低氧压(HIF)的营养元素，促进了干细胞的VEGF分泌与基因表达，提高的成血管化潜力，相关结果陆续发表在Biomaterials期刊上。(Biomaterials. 2013;34(2):422-33. Biomaterials. 2012;33(7):2076-85.) (图2)

　　介孔生物玻璃不仅具有成骨促进性能，而且含有有序结构的纳米介孔孔道结构。该研究团队利用介孔生物活性玻璃的这些特点，成功地将不同功能性药物装载进入介孔生物玻璃支架的介孔孔道中，通过药物的缓慢释放与支架本身的活性组成协同促进干细胞的成骨、成血管化分化。通过此类研究，将药物传输巧妙地运用到组织工程应用中去，赋予了组织工程支架的多功能性。相关结果发表于Biomaterials, Acta Biomater和J Mater Chem B 。(Biomaterials 2011;32(29):7068-78. Biomaterials. 2013;34:422-33. Acta Biomater. 2013;9:9159-68. J. Mater. Chem. B, 2013;1 :2710-2718)

　　上述研究成果近两年的发表论文已被引用250余次，受到了国际同行的好评。该研究得到了中组部青年千人计划与上海市浦江人才计划等基金支持。

图1. 介孔生物活性玻璃支架智能地修复了软骨及软骨下骨

图2. 低氧压模拟的介孔生物活性玻璃(hypoxia-mimicking MBG)支架促进了干细胞成血管化因子的分泌