文章名稱：Anthill-Inspired bionic bone cement enhances bone regeneration by guiding angiogenesis and regulating BMSCs metabolism with anti-ROS capacity
中文名稱：蟻巢結構的仿生骨水泥，通過引導血管生成、調(diào)控BMSC代謝并具備抗氧化能力，從而促進骨再生
雜志名：Chemical Engineering Journa
期刊影響因子：13.4
第一作者：Chen Qian
通訊作者：Huilin Yang
發(fā)表日期：2025.03.11
DOI：10.1016/j.cej.2025.161512
研究內(nèi)容
該研究設計了一種受蟻巢結構啟發(fā)的仿生骨水泥材料，具備良好的孔隙結構，可模擬天然骨組織微環(huán)境，擁有獨特的多孔仿生設計和優(yōu)異的抗氧化性能。
這個結構不僅通過引導新生血管生成（angiogenesis），還能調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）的代謝狀態(tài)，同時具備清除活性氧（ROS）的能力，從而有效促進骨組織再生與修復。
展示了其在骨缺損修復領域的廣闊應用前景，為骨修復材料的創(chuàng)新設計提供了重要參考。
研究背景
傳統(tǒng)的骨水泥（如聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）在臨床上廣泛應用于骨缺損修復，但其缺乏生物活性，難以促進新骨生成。
為了提高骨再生效果，研究者們開發(fā)了具有生物活性的骨水泥，如含有鈣磷、鎂等離子，這些材料能夠促進骨和血管生成。然而，現(xiàn)有的生物活性骨水泥仍面臨結構單一、抗氧化能力差、對骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）代謝調(diào)控不足等問題。
因此，開發(fā)一種具有仿生結構、抗氧化能力強、能有效引導BMSCs代謝并促進血管生成的新型骨水泥，成為當前研究的熱點。
實驗方法與過程
選擇性抗菌：S12脂質(zhì)對Fn具有選擇性抑制作用，對其他有益菌影響較弱。
益生菌保護：包裹的丁酸梭菌在胃腸道傳輸中得到有效保護，確保其活性和定植能力。
非抗生素策略：該方法提供了一種無需使用傳統(tǒng)抗生素的治療途徑，降低抗生素耐藥性的風險。
研究者設計了一種仿蟻巢結構的生物骨水泥，具體步驟如下：
材料制備：采用聚乳酸-羥基乙酸（PLGA）納米纖維和鎂磷酸鹽（MgP）復合，制備出具有仿蟻巢結構的骨水泥。
結構表征：通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察其微觀結構，確認其具有類蟻巢的孔隙結構。
力學性能測試：測試其壓縮強度、彈性模量等力學性能，評估其在骨修復中的適用性。
生物相容性評價：通過細胞培養(yǎng)實驗，評估其對BMSCs的細胞毒性、增殖和分化能力。
抗氧化能力測試：采用DPPH自由基清除實驗，評估其抗氧化能力。
動物實驗：在大鼠骨缺損模型中，評估其促進骨再生和血管生成的效果。
A) 蟻巢結構的仿生骨水泥的合成過程；
B) 新型骨水泥在新西蘭兔的骨質(zhì)疏松性骨缺損中，促進了類似蟻巢的骨組織生長；
C）與PMMA骨水泥相比，新型骨水泥(PMDM)促進骨形成的機制：PMDM通過信號通路減緩骨髓間充質(zhì)干細胞衰老，最終調(diào)控BMSCs的成骨分化，并通過信號通路促進血管生成。
結論與討論
1.結構特性：所制備的骨水泥具有類蟻巢的孔隙結構，有利于細胞的浸潤和血管的形成。
2.力學性能：其壓縮強度和彈性模量與人體骨組織相近，適合用于骨缺損修復。
3.生物相容性：對BMSCs具有良好的增殖和分化促進作用，未見明顯細胞毒性。
4.抗氧化能力：具有較強的抗氧化能力，能夠減少氧化應激對BMSCs的損傷。
5.動物實驗：在大鼠骨缺損模型中，表現(xiàn)出良好的骨再生和血管生成能力，優(yōu)于傳統(tǒng)骨水泥。
綜上所述，該蟻巢結構的生物骨水泥，在促進骨再生方面表現(xiàn)優(yōu)異，具有廣闊的臨床應用前景。
基質(zhì)膠在該研究中的應用
NEST基質(zhì)膠的優(yōu)勢
