胶原增强压电PLLA/ZnO微纤维屏障膜在骨再生中的卓越性能与应用前景

针对大段骨缺损修复的临床难题，研究人员开发了胶原增强压电PLLA/ZnO@Col微纤维屏障膜。该膜通过ZnO纳米颗粒均匀分散实现优异压电性能，胶原层提升生物相容性，联合低强度脉冲超声（LIPUS）显著激活Ras/PI3K-AKT通路，促进成骨细胞增殖分化。大鼠下颌骨缺损模型证实其显著提升骨密度与再生效率，为骨组织工程提供创新策略。

　　

论文解读
骨缺损修复是临床骨科面临的重大挑战，尤其是大段骨缺损常伴随愈合延迟、感染风险高和功能恢复困难等问题。传统自体骨移植存在供区并发症，而异体移植则有免疫排斥风险。尽管屏障膜技术能隔离软组织干扰，但现有材料难以同时满足力学支撑、生物活性和电生理微环境调控的需求。这一背景下，兼具生物电响应性和仿生结构的压电材料成为研究热点。

中国人民解放军总医院第四医学中心的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表研究，通过静电纺丝技术构建双层PLLA/ZnO@Col压电屏障膜。该膜由掺ZnO纳米颗粒的聚左旋乳酸(PLLA)层与胶原层组成，结合低强度脉冲超声(LIPUS)刺激，成功实现成骨效能提升。研究采用扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)验证材料特性，通过体外细胞实验和大鼠下颌骨缺损模型评估生物学效应，并运用生物信息学分析机制。

Fabrication and characterization of the PLLA/ZnO microfiber membranes
材料表征显示，2 wt% ZnO掺杂使膜具有最优压电系数(d₃₃=3.8 pC/N)，胶原层使表面接触角从108°降至55°，显著提升亲水性。SEM证实纤维直径(1.2±0.3 μm)与天然细胞外基质(ECM)相似，EDS图谱显示Zn元素均匀分布。

In vitro osteogenic activity evaluation
体外实验表明，PLLA/ZnO@Col组碱性磷酸酶(ALP)活性较纯PLLA提升2.1倍，胶原层使成骨细胞迁移率提高68%。RNA-seq揭示Ras/PI3K-AKT通路关键基因(如HRAS、AKT1)表达上调，LIPUS刺激进一步使COL1A1表达量增加3.4倍。

In vivo bone regeneration assessment
大鼠实验中，胶原层朝向缺损的植入组在12周时表现出最高骨体积分数(BV/TV=42.7%)，较对照组提高2.3倍。Micro-CT显示实验组骨小梁数量(Tb.N=4.1/mm)和厚度(Tb.Th=0.12 mm)显著优于对照组。

该研究创新性地将压电材料、生物活性胶原与物理刺激相结合，证实PLLA/ZnO@Col膜通过"机械-电-化学"多重信号协同促进骨再生。其意义在于：① 突破传统屏障膜单一功能局限，实现物理屏障与主动生物调控的统一；② 为ZnO的生物医学应用提供安全性优化方案；③ 揭示压电材料通过Ras/PI3K-AKT通路调控成骨分化的新机制。这种无需外接电源的"自供电"骨修复策略，为临床转化提供重要理论基础。