无机纳米材料增强水凝胶膜作为人工骨膜的应用

修复大面积骨缺损一直是一项极具挑战性的任务，其面临的主要困境是骨缺损的延迟愈合甚至不愈合。从骨发育过程和临床经验的角度来看，骨膜对骨骼保护、血管化、以及矿化都至关重要，并且在骨重建和再生中发挥不可或缺的作用。然而，许多人工骨膜的设计仅仅用于发挥保护作用，而缺乏成骨和血管生成的能力。在这项工作中，我们采用有机和无机共交联方法设计了一种无机纳米材料增强的明胶水凝胶膜作为人工骨膜以改善骨修复中持久的血管生成和成骨能力。化学修饰的生物活性锶（Sr）和/或铁（Fe）取代羟基磷灰石（HAp）纳米材料与可光交联的明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）溶液混合，形成有机/无机共交联的水凝胶膜。这种水凝胶膜/支架具有良好的机械性能、降解寿命、稳定的pH值、更好的生物矿化和稳定的离子释放能力，并且锶和/或铁取代羟基磷灰石纳米材料被证实可以均匀分散到GelMA水凝胶中。体外实验评估结果表明，与单一交联的GelMA-Sr / Fe：HAp支架相比，共交联的GelMA-MSr / Fe：HAp膜大大增强了成骨分化能力，包括碱性磷酸酶（ALP）活性增强和基质矿化物的大量产生。与此同时共交联的GelMA-MSr / Fe：HAp膜提供了稳定的pH值，更有利于细胞的存活、增殖和附着。GelMA-MSr / Fe：HAp膜定义了一种优越的具有成骨和血管生成能力的人工骨膜，可促进Sprague Dawley（SD）大鼠胫骨缺损处的新骨和成熟板层骨发育。这种有机/无机强化的共交联水凝胶膜可能是形成具有卓越骨重建特性的先进新型骨膜生物材料。