如图 展示了HA-BP-Mg纳米复合水凝胶结构和原位骨再生过程。左图：HA-BP-Mg纳米复合水凝胶中宿主细胞的浸润和迁移示意图。绿框中是由聚集的Ac-BP-Mg NPs形成的多价交联微域的示意图，可以提高水凝胶的稳定性

 

　　近日，研究人员已经开发了一种基于水凝胶与金属纳米粒子的新型纳米复合材料，其可以修复受损的或患病的骨骼[张等人，Acta Biomaterialia 64（2017）389]。

 

　　先，由于水凝胶有良好的物理化学性能和生物相容性，因此可以广泛用于许多临床应用。同时发现金属离子如Mg2 可以促进细胞粘附和分化，并刺激局部骨形成和生长。所以香港中文大学的研究小组将这两种材料结合在一起，创造了一种能够以可控的方式释放Mg2 的新型生物材料。

 

　　Liming Bian说：“我们开发了一种基于透明质酸和自组装双磷酸镁纳米颗粒的新型生物活性纳米复合水凝胶，该水凝胶表现出更强的机械性能，其提高了矿化能力，还能控制Mg2 的释放。”

 

　　该研究小组发现，水凝胶通过释放Mg2 促进体内骨再生，而且促进人体间充质干细胞（hMSCs）分化的同时，又增强了细胞的粘附和扩散。由于纳米复合材料仅基于浸渍双磷酸镁—（BP-Mg）纳米颗粒的无细胞透明质酸水凝胶，所以该方法极大地简化了再生疗法。

 

　　该新型纳米复合材料是通过混合甲基丙烯酸酯化的透明质酸（MeHA）、丙烯酸酯化的二膦酸盐和MgCl2制造的。形成BP-Mg纳米粒子，其带有丙烯酸酯基团，有助于水凝胶网络的胶连。

 

　　Bian指出：“我们的水凝胶的多孔结构有助于宿主细胞向水凝胶中迁移。与此同时，水凝胶释放的Mg2 不仅可以增强细胞与基质的相互作用，促进细胞的迁移和粘附，还可以促进粘附细胞的成骨。”

 

　　随着水凝胶逐渐降解，Mg2 离子也逐渐释放，其可控的释放促进了干细胞的粘附和扩散。此外，纳米复合材料的降解后并不妨碍骨骼的后续生长。

 

　　Bian说：“就我们所知，以前并没有报道可以证明水凝胶能够实现Mg2 的运载和持续释放。然而，目前有研究表明，镁离子能促进细胞粘附和分化，并刺激局部骨形成和愈合。但是生物材料植入人体以及镁离子的持续可控输送仍然是个不小的挑战。”

 

　　该小组认为，他们的方法可以作为一个通用的平台，一个用于输送诸如锌或锶之类的其他生物活性离子的平台。这样多种不同的金属阳离子可以同时加入到水凝胶中并作为生物活性“添加剂”释放。

 

　　纳米复合水凝胶还在大型动物中进行试验，研究人员也致力于与其他团队合作开发一种可以精确打印三维结构的生物油墨。

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