导电性明胶/透明质酸/羟基磷灰石支架增强细胞增殖与成骨分化在骨组织工程中的应用

为解决骨组织再生中导电聚合物生物功能性和生物相容性不足的问题，研究人员开发了含PEDOT NPs的Gel:HA:HAp导电支架。该支架具有228-250 μm孔径的蜂窝结构，导电性达1×10?6 S/cm，显著促进hBMSCs和hFOB细胞的增殖、成骨分化（ALP、OCN表达上调）及血管生成（VEGF分泌增加），为临床骨缺损修复提供了新型功能性材料。

　　

骨组织缺损修复面临传统金属/陶瓷移植物免疫排斥、吸收率不可控等挑战，而现有导电聚合物支架又存在生物功能缺陷。骨组织的天然电导特性（皮质骨电导率5.8-6.3×10^?4 S/cm）提示导电微环境对再生至关重要。为此，国外研究团队通过化学氧化聚合法合成PEDOT NPs，将其整合至明胶(Gel)/透明质酸(HA)/羟基磷灰石(HAp)体系中，构建了兼具导电性与生物活性的三维支架，相关成果发表于《Biomaterials Advances》。

研究采用化学氧化聚合制备PEDOT NPs，通过冷冻干燥法制备多孔支架，采用SEM、力学测试、电导率检测表征物理性能，hBMSCs和hFOB细胞评估生物相容性，qPCR/免疫荧光分析成骨标志物（Runx2、ALP、OCN），并通过HUVECs管形成实验验证促血管效应。

3.1 Scaffold characterisation
支架呈现228-250 μm均匀孔隙（SEM），符合骨再生理想孔径要求。PEDOT NPs使电导率提升至1.1×10^?6 S/cm（4×浓度组），但压缩模量维持在374.5±71.9 kPa。FTIR证实HAp磷酸基团(1087 cm^?1)与Gel酰胺带(1630 cm^?1)共存，流变学显示剪切稀化行为适合3D打印。

3.2 Initial biological assessment
Live/Dead检测显示4× PEDOT组细胞存活率达92.4%，显著高于对照组（p<0.01）。AlamarBlue实验证实7天后4×组hBMSCs增殖活性提升2.3倍，表明导电NPs增强细胞相容性。

3.3 Osteogenic differentiation
4× PEDOT组ALP活性较对照组高3倍（p<0.001），qPCR显示成骨基因Runx2、COL10A1表达上调4.5倍。免疫荧光显示OCN阳性区域扩大2倍，Alizarin红染色钙沉积量增加80%，证实NPs协同促进矿化。

3.4 Angiogenesis
蛋白芯片检测发现4×组VEGF分泌量达350 pg/mL，HUVECs管形成实验显示网络总长度增加2.1倍（p<0.001），闭合结构数量提升3倍，证实支架通过旁分泌效应促血管生成。

该研究创新性地将导电PEDOT NPs与天然基质结合，突破传统导电材料生物惰性局限。支架通过电导率（1×10^?6 S/cm）模拟骨组织微环境，同步激活成骨（ALP↑）与血管生成（VEGF↑）通路，其促矿化能力（Osteoimage染色阳性率提升65%）为临床大段骨缺损修复提供新策略。研究证实导电特性与生物材料协同作用可优化组织再生微环境，为"导电-成骨-血管化"三位一体支架设计奠定理论基础。