绿色合成羟基磷灰石功能化Nd2O3/Fe3O4纳米复合材料增强骨传导性促进脂肪间充质干细胞成骨分化的研究

《Stem Cell Research & Therapy》：Enhanced osteoconductivity of green synthesized hydroxyapatite-functionalized Nd2O3/Fe3O4 nanocomposite using Elaeagnus angustifolia L. seed extract

本研究针对骨缺损修复中支架材料骨传导性不足的问题，通过绿色合成方法制备了羟基磷灰石功能化的Nd2O3/Fe3O4纳米复合材料，并构建了PCL-COL载药电纺支架。研究发现该支架显著改善了机械性能和亲水性，通过调控Runx2、BMP-2等成骨相关蛋白表达，有效促进了ADMSCs的成骨分化（p<0.0001），为骨组织工程提供了新型智能材料解决方案。

　　

骨骼作为人体重要的承重和代谢器官，其损伤修复一直是临床面临的重大挑战。当遭遇严重骨折、肿瘤切除或骨质疏松等疾病时，骨骼的自愈能力往往不足以完成修复，这时就需要借助组织工程技术来重建功能。传统的骨移植材料存在来源有限、免疫排斥等弊端，而合成支架材料又常常面临生物活性不足、机械性能不匹配等难题。近年来，纳米技术的兴起为这一领域带来了新的曙光——通过模拟天然骨组织的纳米结构，科学家们试图打造更理想的"人工骨骼"。

在这项发表于《Stem Cell Research & Therapy》的研究中，伊朗塔布里兹医科大学的研究团队另辟蹊径，从当地常见的沙枣（Elaeagnus angustifolia L.）种子中提取天然活性成分，开发出一种兼具骨传导性和磁响应性的智能支架材料。这种绿色合成方法不仅避免了传统化学合成可能带来的毒性残留，更巧妙利用了植物多酚类物质的还原特性，让纳米粒子在形成过程中就自带生物活性"外衣"。

研究团队采用共沉淀-水热联合法成功制备出核壳结构的Nd-Fe₃O₄@HAp纳米粒子，其平均直径仅23.94纳米，比头发丝还要细上三千倍。通过X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析证实，羟基磷灰石（HAp）像"蛋壳"一样均匀包裹在磁性核心表面，而透射电镜（TEM）图像更直观展示了这些纳米粒子的规整球形结构。

更令人称奇的是，这些纳米粒子在振动样品磁强计（VSM）测试中表现出超顺磁性——就像无数个微小的"指南针"，在外加磁场下能迅速定向排列，而在撤去磁场后又立即恢复无序状态。这种特性对于精准药物递送和远程调控细胞行为具有重要意义。当研究人员将纳米粒子与聚己内酯-胶原（PCL-COL）混合制成电纺纤维时，发现添加3%纳米填料的支架拉伸强度提升了近5倍，接触角从124.5°降至约100°，说明其既增强了韧性又改善了亲水性。

关键技术方法包括：采用沙枣种子提取物绿色合成磁性纳米粒子；通过共沉淀-水热法制备核壳结构纳米复合材料；利用电纺技术构建三维多孔支架；采用大鼠尾腱提取胶原蛋白；通过SEM、MTT法、ALP活性检测、阿尔新红染色和Western blot系统评估支架生物学性能。实验使用Wistar大鼠来源的脂肪间充质干细胞（ADMSCs）进行体外验证。

表征合成颗粒

XRD显示所有样品均形成完整晶体结构，Fe₃O₄@HAp样品中43.2°特征峰消失证实HAp包覆成功。FT-IR在565-585 cm^-1处出现Fe-O特征峰，962 cm^-1处P-O峰验证PO₄^3-基团存在。TEM显示Nd-Fe₃O₄@HAp呈14-18纳米球形分布，EDX元素图谱证实Ca、P元素均匀分布。

体外生物学测定

MTT实验显示含纳米粒子支架培养7天后细胞活性显著提升（p<0.0001），其中PCL/COL/Nd-Fe₃O₄@HAp组增殖率最高。SEM图像证实ADMSCs在支架表面和内部孔隙中均能良好铺展，21天后形成矿化结节。阿尔新红染色显示HAp修饰组钙结节沉积量较对照组增加约3倍，表明其显著促进基质矿化。

碱性磷酸酶活性测定

培养14天时，PCL/COL/Nd-Fe₃O₄@HAp组ALP活性达到峰值，较未修饰组提高约2.5倍（p<0.0001）。Nd元素与HAp的协同效应可能通过调节细胞内活性氧（ROS）水平影响MAPK通路，进而上调BMP2/Smad信号轴。

Western blot分析

成骨关键蛋白表达量显示：Runx2在Nd掺杂组上调3.12倍，BMP2增加1.51倍，骨连接蛋白（ON）在Nd-Fe₃O₄@HAp组显著提升17.82倍（p<0.0001），表明材料可通过激活转录因子促进成骨特异性基质蛋白合成。

这项研究通过绿色合成技术成功构建了具有磁响应性的骨修复支架，首次揭示了Nd元素与HAp在调控成骨分化中的协同机制。其创新之处在于将植物化学的绿色合成理念与组织工程需求相结合，不仅解决了纳米粒子生物相容性问题，更通过多重表征证实了材料对干细胞命运的精准调控能力。该支架材料在骨缺损修复、骨质疏松治疗等领域具有广阔应用前景，为开发下一代智能型骨移植材料提供了新思路。