武汉大学黄翠/杨宏业ACS Nano：用于引导骨再生的锶磷灰石纤维内矿化Janus膜

牙槽骨骨量不足经常使得口腔种植修复陷入困境，引导骨再生（GBR）是一种可用于水平或垂直骨增量的治疗技术。其中，屏障膜是GBR技术的关键组成部分，可以将软组织和骨缺损区隔开。现有的胶原基GBR膜缺乏精巧的结构设计和多能的生物活性。师法自然，胶原仿生矿化是一种适用于优化胶原基GBR膜的有效策略。因此，探索新型胶原纤维内矿化的方法及机制，并在此基础上构建结构及功能超越现有材料的新型GBR膜，将兼具可观的学术研究价值和临床转化前景。

近日，武汉大学口腔医学院黄翠/杨宏业团队在ACS Nano发表题为“Janus Membrane with Intrafibrillarly Strontium-Apatite-Mineralized Collagen for Guided Bone Regeneration”的研究论文，第一作者为赵亚宁。从GBR的生物学原理和临床治疗理念出发，受古罗马神话中双面神Janus God启迪，该研究构建了一种具有双面不对称结构的Janus膜（SrJM），其中，致密面朝向软组织发挥屏障作用，疏松面朝向骨缺损区发挥成骨功能。材料的设计思路如图1所示：首先将锶磷灰石纤维内矿化胶原设计为疏松的内表面，具体来说，在胶原仿生矿化相关理论的指导下，以聚丙烯酸稳定无定形磷酸锶（PAA-ASP）作为新型矿化前体诱导胶原矿化，得到锶磷灰石纤维内矿化的胶原网络；进一步在胶原网络的一侧表面引入甲基丙烯酰化聚己内酯（PCLMA）作为致密的外表面；未固化的PCLMA是粘稠的液体，可以渗透并占据胶原纤维之间的间隙，经过蓝光固化后，PCLMA与胶原纤维形成纳米互锁的界面结构，制备工艺简便易用。

研究结果显示（图2,3），SrJM具备优异的机械性能、合适的降解速率和锶离子缓释效应等材料优势，其致密面能够有效阻止牙龈成纤维细胞的向内生长，而其疏松面能够促进骨髓间充质干细胞的黏附和增殖，并通过CaSR/Integrin/Wnt信号通路促进其成骨分化（图4）。同时，SrJM还表现出干细胞募集、诱导血管生成、骨免疫调节等多种功能，创造出理想的骨组织修复微环境，明显提高大鼠颅骨缺损模型的体内骨再生效果（图5）。

随着人口老龄化问题的日益严重，我国人口健康领域口颌组织再生修复的需求愈发旺盛，该研究基于锶磷灰石纤维内矿化胶原构建的Janus膜（SrJM），有望成为一种临床应用广泛、成骨效果显著的多功能GBR膜，同时为用于骨组织工程的胶原基生物材料提供了新颖的设计灵感和研发思路。

图1 SrJM的材料设计思路及生物活性示意图

图2 PAA-ASP诱导胶原纤维内矿化的微观形貌及纳米机械性能

图3 SrJM的生物相容性及屏障功能

图4 SrJM通过CaSR/Integrin/Wnt信号通路促进干细胞成骨分化的机制研究

图5 SrJM促进大鼠颅骨缺损修复的体内骨再生效果

封面来源于图虫创意