骨质疏松症，这种让骨骼变得脆弱易断的疾病，通常影响中老年人，尤其是绝经后女性。虽然现有的治疗方法能够在一定程度上减缓病情的发展，但在修复已经形成的骨缺损方面效果有限。为了突破这一局限，来自四川大学的张兴栋院士和杨晓教授，联合锦州医科大学的陈震华教授团队，在生物陶瓷技术领域取得了出色的创新成果。他们开发的新型茶多酚功能化羟基磷灰石生物陶瓷，在骨质疏松症治疗和组织再生方面显示出巨大的潜力。该研究以题为“Advancing Osteoporotic Bone Regeneration Through Tailored Tea Polyphenols Functionalized Micro-/Nano- Hydroxyapatite Bioceramics” 的论文发表在最新一期《AFM》上。
【创新背后的科学：模拟类骨磷灰石结构】
“我们的目标是模仿自然骨骼的复杂结构和功能，创造出能够与人体骨骼无缝整合的材料。”张兴栋院士在接受采访时分享。通过向羟基磷灰石中引入茶多酚，不仅赋予了生物陶瓷新的生物活性特性，更引导了纳米级羟基磷灰石晶体的形成。这些晶体的纳米结构与组织中自然矿化后的陶瓷材料极为相似，为细胞提供了理想的生长和附着环境。
【茶多酚的魔力：纳米级结构的影响力】
科研团队深入分析了亚微米级颗粒、微米级颗粒和微米晶须状羟基磷灰石生物陶瓷的初期组织反应。在植入大鼠体内一周后，所有生物陶瓷表面都被胶原纤维结缔组紧密包裹，表现出积极的初期组织反应迹象（图1）。特别是亚微米羟基磷灰石生物陶瓷，其表面形成的微纳米团簇类骨磷灰石，有效促进了细胞的附着和生长，为优化生物材料设计提供了宝贵的见解。通过对植入肌肉后的生物陶瓷进行详细的显微观察，团队发现，与传统羟基磷灰石生物陶瓷相比，茶多酚功能化的生物陶瓷表面形成了更为细致和有序的纳米结构。这些纳米结构不仅促进了胶原纤维的沉积，还显著增强了细胞在材料表面的直接粘附，对创伤后组织的快速再生至关重要。
图1. 生物陶瓷在体内生物矿化过程中的形态演变
【实验揭示：功能化陶瓷的修复功效】
通过水热处理，茶多酚功能化陶瓷展示了独特的微纳米簇状表面形貌，为细胞提供了理想的附着点，从而促进了细胞的增殖和分化（图2）。实验显示，与传统材料相比，茶多酚功能化生物陶瓷（TP-nwHA）显著增强了细胞的增殖和粘附能力，促进了间充质干细胞向成骨细胞的分化。具体来说，TP-nwHA通过激活MAPK信号通路，上调了促进骨形成的蛋白如BMP2和ITGB1，同时下调了促进骨吸收的因子如FGF21和IGFBP1，从而在分子水平上促进了骨形成。在骨质疏松大鼠模型中，TP-nwHA材料的植入不仅促进了股骨缺损处的快速骨再生，还通过微CT扫描和组织学染色证实了后期骨缺损的完全修复（图3）。
图2. 茶多酚功能化生物陶瓷支架的制备和表征
图3. 组织学分析植入后生物陶瓷的修复效果
【结论：材料科学与组织工程的融合】
这项研究不仅为骨质疏松症治疗提供了新的视角，而且通过模拟自然磷灰石的纳米结构，为组织工程领域带来了创新解决方案。展望未来，这种由茶多酚功能化的羟基磷灰石生物陶瓷有望在修复骨缺损和改善骨质疏松症患者的生活质量方面发挥关键作用，研究团队正在开辟这一领域的新篇章。
来源：高分子科学前沿
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