微生物催化陶瓷材料 可促進骨組織再生
科技日報訊 （記者王春）記者11月22日從中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所獲悉，該所吳成鐵研究團隊，提出了微生物催化活性礦物誘導(dǎo)成骨的思想，并利用微生物催化作用構(gòu)建出用于骨組織再生的生物陶瓷支架表面微納米結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果以“微生物催化生物陶瓷用于骨再生”為題發(fā)表在最新一期國際學(xué)術(shù)期刊《先進材料》上。
受自然界中微生物礦化現(xiàn)象的啟發(fā)，吳成鐵團隊通過微生物催化作用使傳統(tǒng)陶瓷材料（硅酸鹽）表面生長出具有生物活性的納米碳酸鈣礦物，將傳統(tǒng)陶瓷材料與微生物基活性材料相結(jié)合用于骨組織再生。
骨骼是一種復(fù)雜的生物礦化組織，由微納米尺度的有機（細胞、蛋白質(zhì)）和無機（羥基磷灰石、碳酸鈣）物質(zhì)組成。理想的生物材料需要具有優(yōu)良的骨傳導(dǎo)性與骨誘導(dǎo)性，能高效促進新生骨的形成。
越來越多研究表明，生物材料表面的微納米形貌及其化學(xué)特征能有效調(diào)控細胞的成骨活性。然而，傳統(tǒng)的三維打印陶瓷支架的表面改性主要基于水熱法、有機模版法等化學(xué)方法，這種非生物調(diào)控的礦化過程不利于晶體尺寸與結(jié)晶度的控制，從而限制了其生物學(xué)效應(yīng)的高效發(fā)揮。
研究團隊利用產(chǎn)脲酶菌的代謝作用在陶瓷材料表面誘導(dǎo)出均勻的生物礦化層。微生物在陶瓷材料表面構(gòu)建的納米碳酸鈣礦物明顯抑制了硅酸鈣陶瓷的快速降解，并對骨髓間充質(zhì)干細胞的粘附、鋪展、增殖、遷移和分化等細胞生物活性具有更好的促進作用。在皮下植入和大塊骨缺損修復(fù)動物實驗中，經(jīng)微生物催化的生物材料具有良好的生物相容性，表現(xiàn)出顯著的促骨組織再生活性。
除了用于骨組織再生，這種微生物與組織工程相結(jié)合的策略，還為生物醫(yī)學(xué)材料的制備提供了新思路。
