水凝胶——可变形SIS/HA复合水凝胶同轴支架促进拔牙后牙槽骨再生

拔牙后，牙槽骨不均匀吸收导致软组织塌陷，阻碍了完全再生。骨质流失使得进行牙科植入和修复更加困难。受骨骼生物结构的启发，设计了一种可变形的SIS/HA（小肠粘膜下层/羟基磷灰石）复合水凝胶同轴支架来维持牙槽中的骨量。SIS/HA支架含有GL13K作为外层，模拟致密骨，而载有骨髓间充质干细胞来源外泌体（BMSCs-Exos）的SIS水凝胶作为支架的内核，类似于骨骼中的软组织。该同轴支架表现出0.82 MPa的弹性模量，使其能够自适应填充拔牙窝并维持成骨空间。同时，该复合支架富含BMSCs-Exos的内层促进了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和BMSCs向支架内部的增殖和迁移（约为对照组的3倍），上调了与成骨（BMP2、ALP、RUNX2和OPN）和血管生成（HIF-1α和VEGF）相关的基因表达。这诱导了支架内新血管和骨生长，解决了缺陷中心骨形成率低的问题。GL13K在前三天释放了约40.87±4.37%，发挥局部抗菌作用，进一步促进周边区域的血管化和新骨形成。该设计旨在通过同轴支架的内外双重机制在拔牙窝中实现全方位和高效的骨修复效果。

创新点：

1. 采用同轴结构模拟天然骨组织的层次化结构，实现了功能的空间分布和协同作用。

2. 将SIS/HA复合材料与外泌体和抗菌肽巧妙结合，创造了一个多功能治疗平台。

3. 通过内外双重机制促进骨再生，解决了传统支架中心区域再生不足的问题。

科研工作启发：

1. 在进行生物材料设计时，应该深入理解目标组织的结构特征和功能需求，通过仿生设计来实现更好的治疗效果。

2. 多组分材料的协同作用可以实现单一材料无法达到的功能，这需要我们在材料设计时考虑各组分间的相互作用。

3. 解决复杂的生物医学问题需要系统性思维，既要考虑材料的物理特性，也要关注生物学效应。

思路延伸：

1. 探索其他生物活性分子与支架的组合，进一步优化骨再生效果。

2. 研究支架的降解动力学与组织再生过程的匹配关系。

3. 开发具有形状记忆功能的支架材料，更好地适应不规则缺损。

4. 探索支架在其他类型骨缺损修复中的应用潜力。

5. 研究材料微结构对细胞行为的影响，优化支架的结构设计。

6. 开发新的表征方法来评价材料的性能和生物学效应。

7. 探索结合3D打印技术实现支架的个性化制备。

8. 研究支架与宿主免疫系统的相互作用，优化材料的生物相容性。

来源：

Bioact. Mater. (IF 18)
Pub Date  : 2024-12-10
DOI : 10.1016/j.bioactmat.2024.12.008

Shiqing Ma, Yumeng Li, Shiyu Yao, Yucheng Shang, Rui Li, Lijuan Ling, Wei Fu, Pengfei Wei, Bo Zhao, Xuesong Zhang, Jiayin Deng