聚赖氨酸表面修饰壳聚糖/羟基磷灰石支架促进成骨前体细胞互作用及其在骨组织工程中的应用研究

本研究针对骨缺损修复中细胞粘附与矿化不足的难题，开发了聚赖氨酸(PLL)表面修饰的壳聚糖(Ch)/羟基磷灰石(HA)复合支架。通过冷冻干燥法制备的PLL-Ch/HA 1:2支架展现出20%的细胞活性提升，显著促进MC3T3-E1前成骨细胞增殖与钙沉积，为仿生骨基质材料设计提供了新策略。

　　

骨组织作为动态更新的器官，在创伤、肿瘤或代谢性疾病中常面临修复难题。传统骨移植存在供体限制和免疫排斥问题，而现有合成支架在细胞亲和性与力学性能上难以平衡。壳聚糖(Chitosan, Ch)虽具生物相容性但机械强度不足，羟基磷灰ite(Hydroxyapatite, HA)虽仿生矿相却脆性显著。如何通过材料复合与表面改性同步提升支架的生物学性能和力学特性，成为骨组织工程领域的关键挑战。

Y?ld?z Technical University的研究团队在《Process Biochemistry》发表研究，创新性地采用聚赖氨酸(Poly-L-lysine, PLL)修饰Ch/HA复合支架。通过冷冻干燥技术构建三维多孔结构，系统评估了不同HA比例(1:1, 1:2, 2:1)支架的物理特性与生物学效应。

关键技术包括：冷冻干燥法制备多孔支架、扫描电镜(SEM)表征微观结构、CCK-8法检测MC3T3-E1细胞活性、阿尔新红染色定量矿化沉积。研究使用市售MC3T3-E1小鼠前成骨细胞系进行体外实验。

【材料制备】
采用溶液浇铸-冷冻干燥联用技术，将Ch与纳米级HA(<200 nm)按不同比例交联固化，PLL通过静电吸附实现表面修饰。SEM显示1:2配比支架具有最优孔隙互连性，孔径分布50-200μm模拟天然骨基质。

【生物学评价】
PLL-Ch/HA 1:2组在第7天细胞增殖率较未修饰组提升37%，碱性磷酸酶活性增加2.1倍。钙结节定量显示PLL修饰组矿化面积达对照组的3.8倍，证实PLL通过氨基质子化增强细胞外基质(ECM)粘附。

【机械性能】
含HA组压缩模量提升至12.7±1.8 MPa，接近松质骨力学范围(10-500 MPa)。PLL涂层使亲水性接触角降低28°，显著改善细胞铺展形态。

该研究证实PLL表面修饰通过双重机制发挥作用：物理层面优化表面能促进细胞初始粘附，分子层面通过β₁整合素信号通路激活成骨分化。Ch/HA 1:2配比在降解速率(8周失重23%)与力学维持性间取得平衡，其促矿化效果为骨质疏松性骨缺损修复提供了新思路。研究首次揭示PLL可通过调控MC3T3-E1细胞的RGD肽段识别机制，协同增强HA的钙离子成核作用，这种仿生设计策略可拓展至其他硬组织工程领域。