临界骨缺损是临床中常见的问题，由于骨缺损大小超过机体修复能力，局部组织和血运受损严重，较难实现自我修复和功能重建，严重影响患者的健康及生命。生物材料为临界骨缺损治疗提供了新方法，可通过在骨缺损部位植入生物材料以促进骨组织再生及创面修复。通常，骨修复相关细胞可通过生物材料的孔隙由边缘向内部长入，新骨随之沉积，从而促进骨再生。然而，常用的生物材料较难动态适应细胞的行为，阻碍了细胞长入及成骨，导致骨再生困难。因此，开发具有动态自适应能力的生物材料用于骨缺损治疗有重要意义。
近日，四川大学研究团队报道了一种基于动态纳米明胶材料的临界骨缺损修复新方法（图1）。该明胶衍生材料具有独特的纳米结构，可通过光固化3D打印快速成型以适配创面，能较好地模拟天然细胞外基质的微观结构，具有动态适应细胞增殖及迁移的能力（图2）。植入创面后，该材料可募集内源性间充质干细胞并促进干细胞的成骨分化（图3）。其作用机制与纳米结构激活整合素β1/FAK信号通路等有关。在大鼠颅骨临界骨缺损模型中，该材料植入创面4周后，可在创面周围及中间部位观察到新骨的快速沉积。10周以后，创面完全愈合，疗效显著优于对照组（图4）。微观结构是决定生物材料功能的重要因素，该研究报道的可降解纳米明胶材料，能有效促进骨组织修复，具有较好的生物相容性，易于制备及质量控制，具有潜在的临床转化应用价值，为骨缺损治疗提供了新希望。该研究结果以“Three-Dimensional Printed Cell-Adaptable Nanocolloidal Hydrogel Induces Endogenous Osteogenesis for Bone Repair”为题发表于国际学术期刊《Biomaterials Research》，华西口腔医院赵志河教授、李宇教授和华西医院苟马玲教授为该论文的共同通讯作者，陆文昕博士和李丽博士为该论文的共同第一作者。
图1 纳米明胶的制备及其应用于骨组织工程的示意图
图2 纳米明胶可动态为细胞生长提供空间，适应多种细胞功能，有利于体内外间充质干细胞的募集、黏附及向水凝胶内部的迁移
图3 纳米明胶的微观结构和细胞自适应性可促进干细胞的成骨分化