丝素蛋白水凝胶体外矿化新策略：CaCl2/Na2HPO4与SBF法矿化效果及骨再生能力的系统比较

为解决骨缺损修复中人工支架矿化效率低、力学性能不足的问题，研究人员通过CaCl2/Na2HPO4和模拟体液（SBF）两种方法对甲基丙烯酸缩水甘油酯改性丝素蛋白（GMA-SF）水凝胶进行体外矿化。结果表明，CaCl2/Na2HPO4法在相同时间内沉积更多羟基磷灰石（nHA），且矿物分布均匀、力学性能更强，体内外实验证实其显著促进成骨分化和颅骨缺损修复。该研究为高效构建骨修复材料提供了新思路。

　　

在骨科临床中，创伤、肿瘤或感染导致的骨缺损修复一直是重大挑战。尽管自体骨移植被视为“金标准”，但供体来源有限和免疫排斥等问题限制了其应用。近年来，骨组织工程（BTE）支架的兴起为解决这一问题带来了希望，但如何让支架既具备良好的生物相容性，又能模拟天然骨的力学性能和矿化结构，仍是科学家们面临的难题。丝素蛋白（SF）因其优异的生物相容性和可调机械性能成为研究热点，但其天然状态下成骨能力较弱，需要通过矿化修饰提升性能。

武汉大学的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表论文，系统比较了两种体外矿化方法——模拟体液（SBF）和氯化钙/磷酸氢二钠（CaCl₂/Na₂HPO₄）溶液对甲基丙烯酸缩水甘油酯改性丝素蛋白（GMA-SF）水凝胶的影响。研究发现，CaCl₂/Na₂HPO₄法能在更短时间内实现更高密度的羟基磷灰石（nHA）沉积，且矿物分布更均匀，最终获得的水凝胶机械强度提升20倍，并显著促进骨再生。这一成果为高效构建骨修复材料提供了新策略。

研究采用紫外光交联法制备GMA-SF水凝胶，通过SEM、XRD、FTIR等技术表征矿化效果，结合EDS和XPS分析元素组成，并利用MC3T3-E1细胞和小鼠颅骨缺损模型评估生物相容性与骨再生能力。

3.1 矿化水凝胶的形貌与微观结构
通过透光率和SEM分析发现，CaCl₂/Na₂HPO₄组在5个循环周期后表面形成致密nHA层，矿物覆盖率显著高于SBF组（26% vs 5% Ca含量），且孔隙结构保持更完整。

3.2 化学组成与机械性能
XRD在32°检测到羟基磷灰石特征峰，FTIR显示CaCl₂/Na₂HPO₄组磷酸基团振动峰（1017 cm^-1）更明显。该组压缩强度达0.41 MPa，是SBF组的1.6倍。

3.4 体外生物相容性
活死染色显示矿化组细胞存活率>95%，其中CaCl₂/Na₂HPO₄组培养3天后细胞增殖活性较未矿化组提高3倍。

3.5 成骨分化能力
ALP和茜素红染色证实，CaCl₂/Na₂HPO₄组在第21天钙结节形成量比SBF组高50%，OCN和OPN表达水平提升2倍。

3.6 体内骨再生
Micro-CT显示，植入16周后CaCl₂/Na₂HPO₄组骨体积分数（BV/TV）达68%，显著高于SBF组（45%），组织学观察到成熟骨组织（红色马松染色）形成。

这项研究首次系统比较了两种矿化方法对SF水凝胶性能的影响，证实CaCl₂/Na₂HPO₄法具有矿化速度快、机械增强效果显著、成骨诱导能力强等优势。其创新性在于通过优化循环周期（5周期）和单次矿化时间（4小时），实现了nHA的高效沉积而不破坏水凝胶结构。值得注意的是，研究也发现过度矿化（>8小时）会导致孔隙塌陷，这为后续工艺优化提供了重要参数。从临床转化角度看，该方法大幅缩短了传统SBF法需要的1-14天矿化周期，具有更好的应用前景。未来研究可进一步探索矿化水凝胶的免疫调节机制及其在承重骨缺损中的应用。