用骨粘合劑取代傳統的侵入性材料(如鋼板、螺釘和針)可能會給骨科手術帶來革命性的進步。然而，骨黏合劑的有效性取決於遷移的細胞活力的高低。骨粘合劑（化學完整性和不可降解性）形成的緻密層嚴重影響了細胞的增殖和組織的重構。
為了解決這一難題，中科院化學所邱東、喬燕和北京大學第三醫院周方合作基於前期植酸來源的生物玻璃（PSC）的研究成果，開發了一類具有生物活性的成孔骨粘合劑，可促進骨源性間充質幹細胞向粘合劑內部遷移，並向骨細胞分化。該粘合劑具有與細胞遷移和組織生長相適應的結構。
生物活性成孔粘合劑的設計
根據前期的成果，植物酸衍生的PSC（10.8%P2O5 –54.2%SiO2 –35.0%CaO, mol%）生物玻璃在生理條件下表現出快速的羥基磷灰石（HA）形成能力和優異的生物活性。研究者選用化學惰性強，水溶性高的聚乙二醇（PEG）作為包裹PSC的致孔劑和氰基丙烯酸酯（CA）作為膠黏劑。PEG溶解後，支架內部形成了孔隙。細胞遷移至支架內部後，在生物活性材料的刺激下，開始增殖與分化。
圖1所示：生物活性成孔粘合劑的合成示意圖。
骨粘合劑大孔結構及細胞活性的表徵
通過掃描骨粘合劑支架可以發現，摻雜的PEG（綠色）顆粒和PSC（紅色）顆粒均勻分散在支架之中(Fig.2a,b)。在將支架放入模擬的體液後，PEG溶解，支架呈現出120±20µm大小的連通孔隙(Fig.2c)。同時，支架表面形成了針狀HA晶體塗層(Fig.2d,e,f)。研究者進一步測試了骨源性間質細胞(BMSCs)在骨粘合劑中的生存能力和遷移行為，發現BMSCs一天和三天的存活率分別為95%±5%和135%±7%，說明其具有良好的細胞相容性(Fig.2g)。
圖2所示：材料表徵及細胞活性表徵。
生物活性成孔粘合劑在體內促進骨折癒合
研究者還進行了體內實驗，以展示骨粘合劑治癒骨折的能力。研究者以大鼠顱骨為實驗模型，分別利用商業粘合劑(OCA)、成孔粘合劑PEG5/OCA5、實驗組（或不注射粘合劑），將直徑為3mm的圓形骨片固定於剛形成的小鼠顱骨骨折內(Fig.4a,b)。4周和12周的micro-CT結果顯示，無粘和劑組在4周後出現圓形骨塊脫位，12周後出現更大的骨缺損。然而，在植入粘和劑的組中未觀察到類似的骨塊脫位情況，但單純OCA組由於缺乏營養供應，圓形骨片未完全癒合。與之相比，PEG5/OCA5和實驗組的周圍骨組織和圓形骨塊完全融合，其結果歸功於聯通的孔隙的結構。另外，實驗組在12周時，周圍骨與圓形骨塊之間的間隙消失，這反映了PSC生物玻璃的生物活性導致大量新骨形成(Fig.4e)。組織學實驗結果與micro-CT結果吻合。
圖4所示。生物活性成孔粘合劑的動物實驗。
小結最後，研究者得出結論，開發的骨粘合劑能夠在體外形成具有生物活性的微米級孔隙，促進細胞的生長、增殖和分化，並取得了良好的體內實驗結果。該研究成果以題為“Bioactive Pore-Forming Bone Adhesives Facilitating CellIngrowth for Fracture Healing”的論文發表在《Advanced Materials》上（見文後原文鏈接）。文章第一作者為Xu Liju 。
https://doi.org/10.1002/adma.201907491
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