由kaist领导的一个研究小组创造了一种压电支架，在骨再生方面取得了突破性的进展。该支架利用羟基磷灰石(HAp)在压力下产生电信号，模拟骨组织的自然环境，通过实验室和动物研究显示出促进骨生长的良好结果。这一进展为生物材料设计和骨再生过程的理解开辟了新的途径。
骨再生是一个复杂的过程，目前促进这种再生的方法，如移植物和生长因子的应用，遇到了诸如费用增加等挑战。然而，一种能够促进骨组织发育的压电材料已经取得了突破。
25日，韩国科学技术院(KAIST)材料工学系洪承范教授组表示，利用羟基磷灰石(HAp)独特的成骨能力，开发出了在施加压力时产生电信号的仿生支架。此次研究是与全南大学融合生物工程系金章浩教授组共同完成的。
HAp是一种基本的磷酸钙物质，存在于骨骼和牙齿中。这种具有生物相容性的矿物质也被认为可以防止蛀牙，经常用于牙膏中。
骨再生的突破
以往对压电支架的研究证实了压电在各种聚合物基材料中促进骨再生和改善骨融合方面的作用，但在模拟最佳骨组织再生所需的复杂细胞环境方面受到限制。然而，这项研究提出了一种利用HAp独特的成骨能力来开发一种模仿活体骨组织环境的材料的新方法。
图1所示。压电和地形仿生支架的设计和表征。(a)通过hap - P(VDF-TrFE)支架提供的电和地形线索，增强骨再生机制的示意图。(b)制作工艺示意图。来源:KAIST材料成像与集成实验室
研究小组开发了一种将HAp与聚合物薄膜融合的制造工艺。通过体外和体内大鼠实验，证明了通过该过程制备的柔性和独立式支架具有显著的促进骨再生的潜力。
了解骨再生的原理
该团队还确定了他们的支架所基于的骨再生原理。利用原子力显微镜(AFM)，他们分析了支架的电学特性，并评估了与细胞形状和细胞骨架蛋白形成相关的详细表面特性。他们还研究了压电性和表面特性对生长因子表达的影响。
图1所示。压电和地形仿生支架的设计和表征。(a)通过hap - P(VDF-TrFE)支架提供的电和地形线索，增强骨再生机制的示意图。(b)制作工艺示意图。来源:KAIST材料成像与集成实验室
韩国科学技术院DMSE的洪教授表示:“我们开发出了一种以hap为基础的压电复合材料，它具有加速骨骼再生的能力，可以起到‘骨绷带’的作用。”他补充说:“这项研究不仅为设计生物材料指明了一个新的方向，而且在探索压电性和表面特性对骨再生的影响方面也具有重要意义。”
参考文献:“加速骨再生的压电和地形工程支架”，Soyun Joo, Yonghyun kwon, Soyeon Kim, Sunho Park, Jangho Kim和Seungbum Hong, 2024年1月4日，ACS应用材料与界面。DOI: 10.1021 / acsami.3c12575
该研究得到了KAIST研究开发小组、KUSTAR-KAIST联合研究中心、KAIST全球奇点项目和韩国国立研究财团政府资助的基础研究项目的支持。
