中新網上海新聞7月9日電 (許瑋)上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院眼科範先群教授課題組與泉州師範學院楊大鵬教授課題組合作，開發一種蛋殼來源的新型骨修復納米材料，該材料具有環保、仿生、骨誘導的特性，為骨組織工程支架材料的開發提供思路。
近日，國際知名學術期刊《Chemical Engineering Journal》(IF 10.652)在線發表了這一研究成果，論文題為「Integrating eggshell-derived CaCO3/MgO nanocomposites and chitosan into a biomimetic scaffold for bone regeneration」。
創傷、腫瘤切除和先天性疾病等引起的骨缺損可導致骨骼畸形和功能障礙，嚴重影響患者的日常生活。近年來，組織工程學的飛速發展為骨缺損修復研究領域注入了活力，科學家在通過模仿骨骼的天然無機成分來合成仿生無機材料方面進行了大量努力，並為提高支架材料的骨誘導性做過多種嘗試，但仍存在合成過程複雜、結構差異巨大等諸多問題亟待解決。
在人們的日常生活中，每天都有大量的蛋殼垃圾產生，蛋殼廣泛的可及性、優越的生物物理特性賦予其在催化、能源和醫藥領域的重要價值。作為一種主體成分為碳酸鈣的天然材料，蛋殼中富含的Mg、P、Si、Sr、Na等微量元素在促進血管生成和成骨方面也發揮著重要作用，而其在骨再生領域中的應用研究甚少開展，基於此，範先群教授帶領的眼眶骨修復研究團隊和楊大鵬教授帶領的納米材料研發團隊提出蛋殼顆粒或可作為一種生物填料，將其改性後摻入羧甲基殼聚糖(carboxymethyl chitosan, CMC)交聯製備仿生型的骨修復材料。
該團隊在充分考慮了Mg在成骨中的重要作用及其應用弊端後，決定選擇MgO納米材料作為提高本複合材料的突破口。團隊採用簡單的浸漬和煅燒法合成了MgO納米粒子改性的蛋殼微晶體(CaCO3/MgO)，並通過化學交聯將CaCO3/MgO和BMP2複合到CMC基體中製備了仿生支架；隨後測定了複合支架的生物相容性和礦化能力，並從分子水平、細胞水平和動物水平對複合支架的骨誘導性進行了系統評價和機制分析。研究結果表明：新型複合CaCO3/MgO/CMC/BMP2支架的楊氏模量和抗壓強度均高於CMC支架；細胞實驗證實該支架具有顯著的礦化能力和骨向分化誘導性；在此基礎上，大鼠顱骨骨缺損修復實驗表明，新型複合支架具有良好的骨缺損修復效果；對該材料促成骨分化機制的分析表明，複合支架釋放的Mg2+離子和BMP2可以激活ERK1/2和Akt途徑的磷酸化，從而實現多途徑協同促進成骨。本項研究旨在開發一種具有生物活性的仿生支架，從而為骨缺損修復治療提供新的思路。
CaCO3/MgO/CMC/BMP2仿生支架製備及其體內礦化機制
發表相關論文的期刊《Chemical Engineering Journal》是工程技術類研究領域著名刊物。文章的第一作者是黃雅琢和季雍容博士，通訊作者是楊大鵬、阮靜及範先群教授。
範先群教授團隊長期致力於眼眶骨修復的基礎和臨床轉化研究。近年來，範教授不但應用基因修飾間充質幹細胞技術實現原位骨再生(Biomaterials 2015，2019)，並且大力推進適合眼眶骨再生的生物活性支架材料的研發，針對現有材料不可降解、生物惰性等問題，利用碳基納米材料和聚酯類高分子材料研製了多種生物活性支架(Adv Funct Mater 2016，Biomaterials 2016，ACS Appl Mater Interfaces 2020)，申請多項發明專利並獲授權，在國家重點研發項目資助下(2018YFC1106100、2018YFC1106101)，推動新型骨支架產品轉化，支架產品目前已獲得CMA資質認證的檢測報告，正準備進行臨床試驗申請。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720310901
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編輯：陳靜