超声驱动的双层压电仿生骨膜技术：重现骨膜-骨界面微环境以加速骨骼再生

《Advanced Fiber Materials》：Ultrasound Driven Dual-Layer Piezoelectric Bionic Periosteum Recreating the Periosteal-Bone Interface Microenvironment for Accelerated Bone Regeneration

骨缺损合并广泛骨膜剥离易致骨不连，是骨科难点。本研究通过电纺技术制备双层压电仿生骨膜（DPBP），外层致密屏障保护内层多孔矿化支架，超声协同激活压电效应触发钙信号，激活PI3K/AKT通路促进干细胞增殖分化，同时促进血管生成和免疫调节，有效提升骨再生效果。

　　

摘要

骨缺损伴随广泛的骨膜剥离常常导致愈合延迟或无法愈合，这在骨科手术中是一个重大挑战。受到天然骨膜和骨组织物理化学特性的启发，我们通过电纺技术开发了一种新型的双层压电仿生骨膜（DPBP）膜，旨在重建骨膜-骨界面微环境并积极促进骨骼修复。DPBP具有分层结构：致密的外层作为重要的保护屏障，而其生物矿化的多孔内层则为细胞附着提供了支架。在超声（US）的协同作用下，内层的压电效应产生内源性电刺激，通过触发钙离子流入来促进干细胞增殖和成骨分化，并进而激活PI3K/AKT信号通路。此外，体外研究表明DPBP能有效促进血管生成，表明其增强了骨生成与血管生成的协同作用。在体内大鼠颅骨缺损模型中，DPBP显著促进了骨骼再生、增强了新血管形成，并表现出有益的免疫调节作用。本研究提出了一种仿生骨膜替代品，能够有效传递整合的物理化学信号以积极促进骨骼再生，为解决复杂临床问题提供了有前景的策略。

图形摘要

骨缺损伴随广泛的骨膜剥离常常导致愈合延迟或无法愈合，这在骨科手术中是一个重大挑战。受到天然骨膜和骨组织物理化学特性的启发，我们通过电纺技术开发了一种新型的双层压电仿生骨膜（DPBP）膜，旨在重建骨膜-骨界面微环境并积极促进骨骼修复。DPBP具有分层结构：致密的外层作为重要的保护屏障，而其生物矿化的多孔内层则为细胞附着提供了支架。在超声（US）的协同作用下，内层的压电效应产生内源性电刺激，通过触发钙离子流入来促进干细胞增殖和成骨分化，并进而激活PI3K/AKT信号通路。此外，体外研究表明DPBP能有效促进血管生成，表明其增强了骨生成与血管生成的协同作用。在体内大鼠颅骨缺损模型中，DPBP显著促进了骨骼再生、增强了新血管形成，并表现出有益的免疫调节作用。本研究提出了一种仿生骨膜替代品，能够有效传递整合的物理化学信号以积极促进骨骼再生，为解决复杂临床问题提供了有前景的策略。

图形摘要