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为解决骨缺损治疗难题，研究人员制备 JDBM/SrOCP 支架，发现其促进血管生成和骨再生，助力临床应用。
在骨骼健康领域，骨缺损是一个棘手的难题。随着人口老龄化加剧，因骨质疏松（OP）、创伤、感染和肿瘤切除等多种疾病导致骨缺损的患者数量逐渐增多。在美国，肌肉骨骼疾病每年带来约 1368 亿美元的经济负担。目前，骨缺损的治疗面临诸多挑战。自体骨移植虽为 “金标准”，但受限于天然骨源不足，且会造成供体部位的结构和血管损伤；异体骨移植存在免疫排斥和潜在致病菌感染风险；生物陶瓷材料虽有良好生物相容性，却因脆性大等缺点难以广泛应用；常用的金属材料如不锈钢、钛和钽等，虽能提供稳定机械支持，但不可降解，高弹性模量易引发应力遮挡和二次骨折风险。因此，开发合适的替代生物材料迫在眉睫。
为攻克这一难题，中国人民解放军总医院第四医学中心等机构的研究人员展开了深入研究。他们致力于制备一种新型的双仿生多孔材料，该材料既能模拟天然骨的物理结构，又能模拟其生理微环境。相关研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，使用 Rhinoceros? 7.0 建模软件和激光粉末床融合（LPBF）3D 打印工艺，制备出具有三周期最小表面（TPMS）结构的焦大生物镁（JDBM）多孔镁合金支架。接着，通过化学沉积在支架表面原位沉积 Ca-P 涂层，并创新性地引入生物活性锶元素，再经水热转化，获得由锶掺杂八钙磷酸盐（SrOCP）和磷酸氢锶双相复合纳米涂层结构的支架。此外，研究人员利用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、X 射线衍射（XRD）等多种表征手段对支架进行分析；通过体外细胞实验和体内动物实验，评估支架的生物相容性、血管生成和骨再生能力。
研究结果如下：
- 仿生支架的构建与表征：TPMS 结构的多孔镁合金支架展现出结构和功能的双仿生特性。JDBM 和 JDBM/SrOCP 支架的孔径分别为 728.57±12.64μm 和 666.39±13.39μm，孔隙率分别为 72.08±1.26% 和 65.58±1.69%，且连通性均为 100%。JDBM/SrOCP 支架的抗压强度和杨氏模量优于 JDBM 支架，复合涂层未影响支架的机械性能。同时，JDBM/SrOCP 支架表面粗糙，亲水性更好，有利于细胞黏附。
- 仿生支架的体外降解行为：浸泡实验表明，JDBM/SrOCP 支架的 pH 值变化更稳定，Mg2+释放速率明显低于 JDBM 支架，且在降解过程中 Ca、Sr 和 P 的释放趋势相似。浸泡两周后，JDBM/SrOCP 支架质量损失仅约 10%，显示出良好的耐腐蚀性。
- 仿生支架的体外生物相容性：与空白组相比，JDBM/SrOCP 组的死细胞数量显著降低，能显著促进人骨髓间充质干细胞（HBMSCs）生长，对人脐静脉内皮细胞（HUVECs）也有明显的促增殖作用，且细胞黏附能力更强，证实了其优异的生物相容性。
- 仿生支架的体外成骨性能：通过碱性磷酸酶和茜素红染色等实验发现，JDBM/SrOCP 支架组的染色强度更高，钙结节数量更多，相关成骨基因和蛋白的表达也更高，表明其具有良好的成骨性能。
- 仿生支架对 HUVEC 迁移和血管生成的影响：划痕实验、Transwell 实验和管形成实验结果显示，JDBM/SrOCP 支架能显著促进 HUVEC 的迁移和管形成能力，相关血管生成基因的表达也显著上调，证实其增强的血管生成潜力。
- JDBM/SrOCP 支架成骨和血管生成特性的机制：转录组分析表明，JDBM/SrOCP 支架可显著增强细胞黏附和信号传导，调节 PI3K-Akt、cAMP 等信号通路，促进血管和骨再生。
- JDBM/SrOCP 支架的体内成骨和血管生成特性：在大鼠股骨髁骨缺损模型实验中，Micro-CT 分析和组织学评估显示，JDBM/SrOCP 支架组新骨形成最多，血管化程度最高，且支架降解速率与新骨生长速率匹配良好，具有优异的骨整合、骨传导和骨诱导性能。
研究结论与讨论部分指出，该研究成功制备了具有纳米生物活性涂层的 JDBM/SrOCP 支架，实现了支架的可控降解和镁离子的持续释放。与 JDBM 支架相比，JDBM/SrOCP 支架在体外具有更强的生物相容性和生物学功能，在体内能有效促进早期血管形成和骨再生。然而，研究也存在一些局限性，如需要进一步研究镁金属支架的空间维度降解行为，以及调节其在体内降解过程中的机械性能变化。此外，还需开展大动物和特定病理模型的研究，以揭示镁离子在体内的代谢机制和免疫调节途径，推动多孔镁合金支架的临床转化。但总体而言，该研究为骨缺损的临床治疗提供了一种新颖的策略，具有重要的意义。
