‘半岛平台’山东大学NanoLett.:生物材料表面纳米柱阵列调控骨组织修复

章节骨缺损造成患者运动障碍、功能缺陷甚至严重威胁生命。由于自体骨的来源受限，异体骨有分列异性，骨修缮与再造仍然是医学难题。以干细胞、支架材料和生长因子为主要包含元素的的组织工程方法是这一难题的最有前途的解决问题方式。

其中，调控干细胞向成骨细胞分化，是构建新的骨构成、骨组织修复的关键。利用类似蛋白对干细胞分化展开调控的方法，因蛋白价格来源较少、价格低、更容易失活，且调控乏周期长，无法实用化。近年来找到利用材料表面纳米结构可以构建可信、较慢、长久且方位高效率的干细胞分化的精准调控，这种干细胞的物理调控方法为骨修缮获取了最重要的途径。

然而，目前为止，很少有人利用生物可降解材料建构纳米结构，构建纳米结构调控的干细胞成骨分化和骨组织修复过程。成果概述近日，山东大学刘宏、刘铎和山东大学齐鲁医院刘超（联合通讯）等人利用市售的有所不同型号的多孔阳极氧化铝（AAO）作为模板，使用简便易行的微压印的方法在聚乳酸（PLA）薄膜表面建构了有所不同直径的纳米柱阵列。

通过对人的脂肪来源间充质干细胞（hADSCs）在PLA纳米柱阵列上的分化不道德的研究，找到在不用于任何化学或者生物诱导条件下，hADSCs在有所不同直径的纳米柱表面结构上展现出出有几乎有所不同的分化能力。研究找到，直径为200nm的纳米柱阵列最能增进脂肪间充质干细胞向成骨分化，动物实验也证实了这种PLA纳米柱阵列材料可以构建异位成骨。涉及成果以为题“PolylacticAcidNanopillarArray-DrivenOsteogenicDifferentiationofHumanAdipose-DerivedStemCellsDeterminedbyPillarDiameter”公开发表在NanoLetters上。

图文简介图1有所不同纳米柱直径聚乳酸阵列的形貌图及其生物相容性测试a-c）聚乳酸平片的表面形貌；d-f，g-h，j-l）直径分别为100nm、200nm和300nm的AAO模板及其对应制取的PLA纳米柱阵列形貌；m-x.hADSCs在有所不同纳米柱直径阵列上的活死细胞染色；y-z）hADSCs在有所不同衬底上的铺展示意图及cck-8测试结果。图2hADSCs在有所不同纳米柱直径聚乳酸阵列上的铺展形貌a-f）hADSCs在聚乳酸平片上的铺展形貌；g-l）hADSCs在纳米柱直径为100nm衬底上的铺展形貌；m-r）hADSCs在纳米柱直径为200nm衬底上的铺展形貌；s-x）hADSCs在纳米柱直径为300nm衬底上的铺展形貌。

图3hADSCs在有所不同纳米柱直径聚乳酸阵列上培育21天后成骨涉及基因的q-PCR测试结果a）有所不同培育衬底上hADSCs的ALP蛋白含量；b）有所不同培育衬底上hADSCs的Runx2基因表达；c）有所不同培育衬底上hADSCs的OPN基因表达；d）有所不同培育衬底上hADSCs的OCN基因表达；e）有所不同培育衬底上hADSCs的茜素白染色结果。图4hADSCs在有所不同纳米柱直径聚乳酸阵列上培育21天后成骨涉及蛋白的荧光免疫染色结果a-j）有所不同培育衬底上hADSCs的OPN免疫荧光染色结果；k-t）有所不同培育衬底上hADSCs的OCN免疫荧光染色结果。

图5异位成骨组织切片的ALP免疫系统组织化学染色和HE染色结果a）PLA平片上异位成骨组织切片的ALP免疫系统组织化学染色结果；b）纳米柱直径为200nm的PLA纳米柱阵列上异位成骨组织切片的ALP免疫系统组织化学染色结果；c）PLA平片上异位成骨组织切片的H＆E染色结果；d）纳米柱直径为200nm的PLA纳米柱阵列上异位成骨组织切片的H＆E染色结果。小结该研究认为，三种纳米柱阵列材料（柱体直径分别为100nm，200nm和300nm）具备程度有所不同的成骨诱导能力，而PLA平片基本不具备成骨诱导能力。且仅在培育48h后，有所不同衬底上hADSCs的形态就产生了相当大差异，在聚乳酸平片及其他衬底上的干细胞仍呈圆形梭形，而直径为200nm的PLA纳米柱阵列材料上的细胞已呈现出成骨细胞特征多边形结构。

培育21天后的基因和蛋白测试结果也指出直径为200nm的PLA纳米柱阵列材料具备最弱的成骨分化增进效果，且在异位成骨中也能富含更好与成骨涉及的蛋白。因此，该研究利用生物可降解材料建构纳米结构，前进了纳米结构调控的干细胞成骨分化和骨组织修复过程。

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