锶掺杂羟基磷灰石纳米棒/热塑性聚氨酯弹性体电纺支架的骨再生应用研究

为解决骨缺损修复中传统自体移植的局限性及合成羟基磷灰石(HAp)缺乏骨诱导性的问题，研究人员通过共沉淀法合成锶掺杂HAp纳米棒(SrHAp)，并采用电纺技术制备了SrHAp/热塑性聚氨酯(TPU)复合支架。该支架展现出三维互联多孔结构、优异的机械性能和生物相容性，其中5 wt.% SrHAp负载组通过促进碱性磷酸酶(ALP)、骨钙素(OCN)和RUNX2表达显著增强牙龈间充质干细胞(gMSCs)的成骨分化。该研究为骨组织工程提供了兼具力学支撑与生物活性的新型材料解决方案。

　　

骨组织再生一直是临床面临的重大挑战。尽管骨骼具有自我重塑能力，但创伤、感染或年龄因素导致的缺损往往超出其修复阈值。传统自体移植虽被视为"金标准"，却伴随供区并发症风险。合成羟基磷灰石(HAp)虽具良好生物相容性，但其骨诱导性不足导致再生延迟。而生长因子负载又面临突发释放风险。锶离子(Sr²⁺
)因其与钙离子(Ca²⁺
)相似的离子半径(1.12 ? vs 1.0 ?)，能通过促进成骨相关基因表达增强骨形成，成为突破性解决方案。

针对这一科学问题，印度国家技术学院卡纳塔克分校的研究团队开发了锶掺杂羟基磷灰石(SrHAp, Ca₉
Sr(PO₄
)₆
(OH)₂
)纳米棒与热塑性聚氨酯(TPU)的复合电纺支架。该研究通过系统表征证实，3 wt.% SrHAp负载的支架在纤维均匀性、力学性能和细胞活性方面表现最优，而5 wt.%组则展现出最强的成骨诱导能力。相关成果发表于《Polymer》期刊，为骨缺损修复提供了兼具力学适配性与生物活性的新型材料。

研究采用共沉淀法合成SrHAp纳米棒，通过电纺技术制备不同SrHAp负载量(1-7 wt.%)的TPU复合支架。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱确认材料化学结构，场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM)表征形貌特征。采用牙龈来源间充质干细胞(gMSCs)评估生物相容性，通过碱性磷酸酶(ALP)活性、骨钙素(OCN)和RUNX2表达分析成骨分化潜能。

材料表征
XRD分析显示20.5°和23.5°处的特征峰证实TPU中硬段结晶区的存在，SrHAp的引入使衍射峰宽化(半高宽增大)。FTIR谱图中1040 cm^-1
处的PO₄
^3-
特征峰证实SrHAp成功掺入TPU基质。

形貌特征
FESEM显示支架具有三维互联多孔结构，纤维直径随SrHAp含量增加而减小(3 wt.%组平均直径2.1 μm)。元素映射证实Sr元素均匀分布，TEM显示纳米棒在聚合物基质中分散良好。

生物学评价
MTT实验显示所有支架组细胞存活率>90%。5 wt.% SrHAp组ALP活性较对照组提高2.3倍，OCN和RUNX2表达量显著上调，表明其最强成骨诱导性。3 wt.%组则在纤维形态均一性(直径变异系数<15%)和拉伸强度(8.7 MPa)方面表现最优。

结论与意义
该研究成功构建了SrHAp/TPU复合电纺支架体系，3 wt.%组分在力学性能和细胞相容性间取得最佳平衡，而5 wt.%组分展现出最强的成骨诱导能力。TPU的弹性特性模拟天然骨基质力学环境，Sr²⁺
的持续释放则通过激活成骨相关基因表达促进骨再生。这种"材料力学性能-生物学效应"协同调控策略，为开发新一代骨修复材料提供了新思路。特别值得注意的是，研究中采用的gMSCs作为评价模型，为口腔颌面骨再生研究建立了特色实验体系。未来通过优化SrHAp的空间分布模式或结合梯度结构设计，有望进一步提升支架的临床适用性。