來源 | 上海硅酸鹽研究所
近期，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員常江和吳成鐵帶領的研究團隊在國際學術期刊Materials Today與ActaBiomaterialia 分別發表綜述論文。
眾所周知，生物陶瓷主要用於人體硬組織的修復與替換。然而近年來，越來越多的證據表明生物陶瓷具有調節幹細胞分化和調節幹細胞與組織特異性細胞（包括軟組織細胞）相互作用的生物活性，也就是說生物陶瓷不僅能用於硬組織修復，在軟組織組織工程和再生醫學領域也有巨大的發展潛力。與以往綜述主要關注生物陶瓷的製備、特性及用於硬組織修復不同，發表在Materials Today上的綜述論文主要關注細胞與生物陶瓷之間的相互作用及相關的生物學機制，特別是生物陶瓷的化學和結構信號對於幹細胞微環境的影響，以及對硬組織和軟組織的修復。該綜述介紹了生物陶瓷釋放的不同的生物活性離子對幹細胞微環境和組織再生具有組合或協同作用，這將有助於設計具有多種組織修復功能的生物陶瓷。基於合適濃度的生物活性離子和特定的陶瓷表面微納米形貌均能刺激幹細胞分化和組織再生，首先提出了“基於生物陶瓷的化學和結構信號產生的生物學功能及相關作用機制對生物陶瓷進行設計，也就是通過精確控制生物陶瓷成分和結構，實現對於促進組織再生最佳的生物陶瓷”的理念。最後，對於生物陶瓷的組成和結構的複雜性，幹細胞微環境的複雜性以及兩者之間複雜的相互作用，提出了基於“生物材料系統生物學（
biomaterials system biology）”可能是生物陶瓷未來發展的最重要的方法之一（Materials Today, 2018, https://doi.org/10.1016/j.mattod.2018.07.016）。在此基礎上，研究團隊進一步將生物陶瓷通過3D打印方式製備成仿生人體結構的多孔複雜結構，並將其組織修復拓展到腫瘤治療。由於交通事故、衰老、骨腫瘤等引起的骨組織缺損給人類健康和生活質量帶來了巨大的危害。因此，許多研究關注於骨組織缺損修復材料的製備及設計。3D打印技術以其快速、精確、可控、個性化的製作工藝在骨組織工程中得到廣泛應用，製備的三維支架提供了有利於細胞粘附和增殖的三維環境。傳統的3D打印生物陶瓷支架主要用於骨組織再生，而此篇綜述著重介紹了具有腫瘤治療和骨再生功能的3D打印生物陶瓷支架的最新進展。這種功能性生物陶瓷支架在修復手術引起的骨缺損和殺滅可能殘留的腫瘤細胞方面具有巨大的潛力，可達到骨腫瘤治療的目的。該綜述闡述了3D打印生物陶瓷支架的組成和結構(宏觀、微觀和納米尺度)及其對力學、降解、滲透性和生物性能的影響。此外，還概述了3D打印生物陶瓷支架從骨組織再生到骨腫瘤治療的發展趨勢（ActaBiomaterialia,2018, https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.08.026）。
相關研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院先導計劃、中科院前沿科學重點研發計劃與上海市國際合作項目等的資助和支持。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702118301457
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1742706118304938
生物陶瓷釋放的活性離子和表面微納米形貌作用於幹細胞微環境
基於化學和結構信號對生物陶瓷進行設計並應用於硬組織、軟組織修復
3D打印兼具骨修復與腫瘤治療的生物陶瓷支架
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