生物基材料绿色加工创新团队开发具有均匀孔径和良好细胞粘附性的新型生物骨组织工程支架

近日，中国农业科学院农产品加工研究所生物基材料绿色加工创新团队开发了一种具有均匀孔径和良好细胞粘附性的新型生物骨组织工程支架，可用于大段骨缺损修复。相关研究成果发表在国际知名学术期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（JCR一区，IF=7.7）。中国农业科学院-比利时列日大学联合培养博士研究生朱顺顺为论文第一作者，孙红男研究员和木泰华研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家甘薯产业技术体系（CARS-10）、中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP-202X-IFST）等项目的资助。

骨组织工程支架正在成为替代自体骨移植进行外科骨修复的理想策略，但因缺乏合适的生物材料，仍缺少有效手段促使再生骨达到天然骨的优越性能。因此，迫切需要开发新型生物支架。

科研人员通过分析超声时间（0-3 h）和超声功率（400-500 W）对水接触角和取代度的影响，优化了烷基化改性纤维素纳米晶（K-PCNCs）的制备工艺，并以K-PCNCs作为分散剂合成了纳米羟基磷灰石（HC-K）。随后，将HC-K与聚乙烯醇（PVA）复合，采用冰模板法制备复合生物支架。结果表明，当超声功率为450 W、超声时间为2 h时，K-PCNCs的水接触角和取代度（135°，1.53）最高。在此条件下，K-PCNCs具有棒状结构，直径范围为28-35 nm，长度范围为100-250 nm，绝对ζ电位、热性能、结晶度和分散性能最高，可用作HC-K的分散剂。随着HC-K含量的增加，复合支架的孔隙率、平衡溶胀率和力学性能先增大后减小，在HC-K含量为9%（w/w）时达到最大值（56.1%、807.7% 和0.085 MPa）。细胞实验表明，支架具有良好的细胞相容性和成骨矿化能力，在10天内促进成骨细胞增殖和粘附，并在14天内具有高碱性磷酸酶水平。

以上研究结果明确了生物骨组织工程支架的体外成骨能力，对促进生物骨组织工程支架在骨缺损修复领域的临床应用具有重要意义。同时有助于开展纤维素纳米晶在骨缺损修复领域的创新应用研究，为新型骨组织支架的开发提供理论依据。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.135571

生物骨组织工程支架合成的机制图