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近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院賴毓霄團(tuán)隊(duì)在骨缺損治療方向上取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)采用低溫沉積3D打印技術(shù)研發(fā)出可降解高分子復(fù)合黑磷的多功能仿生多孔支架，探究了黑磷支架在植入骨組織中引起的免疫響應(yīng)功能。該支架可通過調(diào)控免疫系統(tǒng)影響免疫微環(huán)境，從而有效促進(jìn)骨缺損修復(fù)，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景（如圖）。

相關(guān)研究成果以Regulation of Osteoimmune Microenvironment and Osteogenesis by 3D-Printed PLAG/black Phosphorus Scaffolds for Bone Regeneration為題，發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Advanced Science）上。骨缺損的治療是臨床上亟需解決的問題。3D打印技術(shù)因可制造出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和良好生物相容性的可植入骨支架而在骨科領(lǐng)域備受關(guān)注。目前，植入骨支架在與宿主組織結(jié)合方面具有挑戰(zhàn)性。在骨支架的設(shè)計(jì)中，需要考慮骨支架的力學(xué)性能和生物相容性以及骨支架在骨再生過程中對免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用。黑磷作為新型的二維材料，應(yīng)用于催化能源、光電器件和腫瘤治療等領(lǐng)域。然而，黑磷在骨再生領(lǐng)域尤其是骨免疫微環(huán)境調(diào)節(jié)方面的作用需要進(jìn)一步研究。該研究使用低溫沉積3D打印技術(shù)開發(fā)出可降解高分子乳酸-乙醇酸（PLGA）結(jié)合黑磷（BP）的多功能仿生多孔支架，并證明了黑磷具有調(diào)控巨噬細(xì)胞極化以及對骨免疫微環(huán)境和骨再生的調(diào)節(jié)作用。

研究發(fā)現(xiàn)，PLGA/BP支架具有良好的生物相容性、生物降解性和力學(xué)性能，以及黑磷的降解產(chǎn)物PO43-對骨組織礦化具有重要意義。科研人員觀察到PLGA/BP支架可招募巨噬細(xì)胞，促進(jìn)它們向M2型極化。這種極化狀態(tài)有助于抑制骨損傷區(qū)早期炎癥反應(yīng)，并創(chuàng)造良好的骨免疫環(huán)境，從而促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的分化和骨再生。此外，科研人員通過對人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（hBMSC）的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，篩選并證明了PLGA/BP支架可通過激活PI3K-AKT信號(hào)通路促進(jìn)IBSP和SPP1的表達(dá)。在體內(nèi)研究中，科研人員進(jìn)行了針對類固醇相關(guān)性骨壞死（SAON，是由長期使用或短期內(nèi)大劑量使用皮質(zhì)類固醇治療引起的常見骨科疾病）大鼠的實(shí)驗(yàn)，過程中伴有嚴(yán)重炎癥反應(yīng)。該研究提出了以臨床挑戰(zhàn)為導(dǎo)向的骨免疫調(diào)節(jié)和成骨治療方法，即利用適當(dāng)?shù)墓切迯?fù)材料對SAON骨缺損進(jìn)行填充和修復(fù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用3D打印的PLGA/BP支架可誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞的增加，促使機(jī)體產(chǎn)生適合骨整合的免疫微環(huán)境，加速骨組織的形成和修復(fù)效果。這表明黑磷支架在骨科領(lǐng)域頗具應(yīng)用前景，為開發(fā)骨修復(fù)生物材料在再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用上提供了有效策略。 

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院跨學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市自然科學(xué)基金基礎(chǔ)研究專項(xiàng)等的支持。

低溫3D打印黑磷支架用于骨免疫調(diào)控及促進(jìn)骨缺損修復(fù)的研究路線圖