韓國科學家研製出治療骨骼破裂的新型“骨繃帶”材料

由韓國科學技術院（KAIST）領導的研究小組創造了一種壓電支架，在骨再生領域取得了突破性進展。這種支架利用羥基磷灰石（HAp）在壓力作用下產生電信號，模擬骨組織的自然環境，通過實驗室和動物實驗在促進骨生長方面取得了可喜的成果。這一進展爲生物材料設計和了解骨再生過程開闢了新的途徑。

骨再生是一個複雜的過程，目前促進骨再生的方法，如移植物和應用生長因子，都面臨着費用增加等挑戰。然而，隨着一種能夠促進骨組織發育的壓電材料的問世，這一研究取得了突破性進展。

由材料科學與工程系（DMSE）Seungbum Hong教授領導的KAIST研究小組於1月25日宣佈，利用羥基磷灰石（HAp）獨特的成骨能力，開發出了一種生物仿生支架，可在施加壓力時產生電信號。這項研究是與全南國立大學聚合生物系統工程系的 Jangho Kim 教授領導的團隊合作進行的。

HAp 是一種存在於骨骼和牙齒中的基本磷酸鈣物質。這種具有生物相容性的礦物質還具有防止蛀牙的作用，常用於牙膏中。

骨再生領域的突破

以往關於壓電支架的研究證實了壓電性在促進骨再生和改善各種聚合物基材料的骨融合方面的作用，但在模擬最佳骨組織再生所需的複雜細胞環境方面受到限制。然而，這項研究提出了一種新方法，利用 HAp 獨特的成骨能力來開發一種模擬活體骨組織環境的材料。

壓電和地形生物仿生支架的設計和表徵。(a) 通過加入 HAp 的 P（VDF-TrFE）支架提供的電學和地形學線索增強骨再生機制的示意圖。(b) 製作過程示意圖。資料來源：KAIST 材料成像與集成實驗室

研究小組開發了一種將 HAp 與聚合物薄膜融合在一起的製造工藝。通過對大鼠進行體外和體內實驗，該工藝開發出的柔性獨立支架在促進骨再生方面具有顯著的潛力。

瞭解骨再生原理

研究小組還確定了其支架所依據的骨再生原理。他們利用原子力顯微鏡（AFM）分析了支架的電特性，並評估了與細胞形狀和細胞骨骼蛋白形成有關的詳細表面特性。他們還研究了壓電性和表面特性對生長因子表達的影響。

韓國科學技術院DMSE的Hong教授說："我們開發出了一種基於HAp的壓電覆合材料，它可以像'骨繃帶'一樣加速骨再生。他補充說："這項研究不僅爲生物材料的設計提出了新的方向，而且在探索壓電性和表面特性對骨再生的影響方面也具有重要意義。

編譯來源：ScitechDaily