文章名稱：Anthill-Inspired bionic bone cement enhances bone regeneration by guiding angiogenesis and regulating BMSCs metabolism with anti-ROS capacity
中文名稱：蟻巢結(jié)構(gòu)的仿生骨水泥，通過引導(dǎo)血管生成、調(diào)控BMSC代謝并具備抗氧化能力，從而促進(jìn)骨再生
雜志名：Chemical Engineering Journa
期刊影響因子：13.4
第一作者：Chen Qian
通訊作者：Huilin Yang
發(fā)表日期：2025.03.11
DOI：10.1016/j.cej.2025.161512
研究內(nèi)容
該研究設(shè)計了一種受蟻巢結(jié)構(gòu)啟發(fā)的仿生骨水泥材料，具備良好的孔隙結(jié)構(gòu)，可模擬天然骨組織微環(huán)境，擁有獨(dú)特的多孔仿生設(shè)計和優(yōu)異的抗氧化性能。
這個結(jié)構(gòu)不僅通過引導(dǎo)新生血管生成（angiogenesis），還能調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）的代謝狀態(tài)，同時具備清除活性氧（ROS）的能力，從而有效促進(jìn)骨組織再生與修復(fù)。
展示了其在骨缺損修復(fù)領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，為骨修復(fù)材料的創(chuàng)新設(shè)計提供了重要參考。
研究背景
傳統(tǒng)的骨水泥（如聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）在臨床上廣泛應(yīng)用于骨缺損修復(fù)，但其缺乏生物活性，難以促進(jìn)新骨生成。
為了提高骨再生效果，研究者們開發(fā)了具有生物活性的骨水泥，如含有鈣磷、鎂等離子，這些材料能夠促進(jìn)骨和血管生成。然而，現(xiàn)有的生物活性骨水泥仍面臨結(jié)構(gòu)單一、抗氧化能力差、對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）代謝調(diào)控不足等問題。
因此，開發(fā)一種具有仿生結(jié)構(gòu)、抗氧化能力強(qiáng)、能有效引導(dǎo)BMSCs代謝并促進(jìn)血管生成的新型骨水泥，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
實(shí)驗(yàn)方法與過程
選擇性抗菌：S12脂質(zhì)對Fn具有選擇性抑制作用，對其他有益菌影響較弱。
益生菌保護(hù)：包裹的丁酸梭菌在胃腸道傳輸中得到有效保護(hù)，確保其活性和定植能力。
非抗生素策略：該方法提供了一種無需使用傳統(tǒng)抗生素的治療途徑，降低抗生素耐藥性的風(fēng)險。
研究者設(shè)計了一種仿蟻巢結(jié)構(gòu)的生物骨水泥，具體步驟如下：
材料制備：采用聚乳酸-羥基乙酸（PLGA）納米纖維和鎂磷酸鹽（MgP）復(fù)合，制備出具有仿蟻巢結(jié)構(gòu)的骨水泥。
結(jié)構(gòu)表征：通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察其微觀結(jié)構(gòu)，確認(rèn)其具有類蟻巢的孔隙結(jié)構(gòu)。
力學(xué)性能測試：測試其壓縮強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能，評估其在骨修復(fù)中的適用性。
生物相容性評價：通過細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，評估其對BMSCs的細(xì)胞毒性、增殖和分化能力。
抗氧化能力測試：采用DPPH自由基清除實(shí)驗(yàn)，評估其抗氧化能力。
動物實(shí)驗(yàn)：在大鼠骨缺損模型中，評估其促進(jìn)骨再生和血管生成的效果。
A) 蟻巢結(jié)構(gòu)的仿生骨水泥的合成過程；
B) 新型骨水泥在新西蘭兔的骨質(zhì)疏松性骨缺損中，促進(jìn)了類似蟻巢的骨組織生長；
C）與PMMA骨水泥相比，新型骨水泥(PMDM)促進(jìn)骨形成的機(jī)制：PMDM通過信號通路減緩骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞衰老，最終調(diào)控BMSCs的成骨分化，并通過信號通路促進(jìn)血管生成。
結(jié)論與討論
1.結(jié)構(gòu)特性：所制備的骨水泥具有類蟻巢的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于細(xì)胞的浸潤和血管的形成。
2.力學(xué)性能：其壓縮強(qiáng)度和彈性模量與人體骨組織相近，適合用于骨缺損修復(fù)。
3.生物相容性：對BMSCs具有良好的增殖和分化促進(jìn)作用，未見明顯細(xì)胞毒性。
4.抗氧化能力：具有較強(qiáng)的抗氧化能力，能夠減少氧化應(yīng)激對BMSCs的損傷。
5.動物實(shí)驗(yàn)：在大鼠骨缺損模型中，表現(xiàn)出良好的骨再生和血管生成能力，優(yōu)于傳統(tǒng)骨水泥。
綜上所述，該蟻巢結(jié)構(gòu)的生物骨水泥，在促進(jìn)骨再生方面表現(xiàn)優(yōu)異，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。
基質(zhì)膠在該研究中的應(yīng)用
NEST基質(zhì)膠的優(yōu)勢
