明胶在血管怎么降解【新文10篇】玻璃界的“doctors”--生物活性玻璃应用研究汇总

新闻资讯2026-04-21 15:35:35

作为玻璃界的“医疗兵”（“doctors”），生物活性玻璃（BG）在组织修复领域应用广泛。它是一类能对机体组织进行修复、替代与再生，并且可在界面处引发特定的生物反应实现组织与材料之间的键合作用的一类材料。作为过去50多年来生物医学领域研究的热点之一，BG在骨替代和骨组织再生方面的研究与应用已得到广泛的关注。为了拓宽BG的应用，公认的生物活性离子被加入到BG中，以提供成骨、血管生成、抗炎和抗菌作用，甚至在生物医学应用中不常见的元素，也被掺杂到BGs中，以增强其生物和物理性能。


随着临床需要的不断提高，拥有良好生物相容性的BG已不再是简单的45S5(Hench教授1971年研制出的第一代Na-Ca-Si系玻璃)，而是如今的自单一功能到多功能改性，自熔融法到纳米颗粒，自硬组织到软组织的新型组织修复材料，已被广泛的用于骨组织修复、药物递送、肿瘤治疗、创面修复、支架涂层和生物成像等多方面的生物活性材料。为方便大家了解和学习相关内容，EFL公众号整理了近期与BG构建、改性或多功能应用相关的研究性文章供大家参考学习，同时欢迎大家联系EFL公众号获取更多资源或交流合作。


1. Biomaterials：生物活性玻璃纳米颗粒通过激活骨髓间充质干细胞来源的细胞外囊泡中的lncRNA NRON表达，抑制破骨细胞分化和骨质疏松性骨丢失

生物活性玻璃纳米颗粒因其特殊的成骨活性而在骨组织修复中的应用日益受到人们的关注。在本研究中，华南理工大学陈晓峰教授团队报道了BGN在骨质疏松小鼠模型中调节骨丢失的新机制。他们发现BGN诱导骨髓间充质干细胞(BGN + BMSC-EVs)分泌的胞外囊泡的表达，可抑制体外破骨细胞的分化。体内研究结果表明，BGN+BMSC-EVs能减轻骨质疏松小鼠的骨丢失，恢复小鼠股骨的力学性能，改善小鼠骨代谢外周血生化指标，具有轻微或无急性全身毒性。本研究可能为BGN抑制破骨细胞分化和减轻骨丢失的作用提供新的解释;此外，研究结果揭示了一种很有前途的治疗骨吸收障碍的策略。相关工作“Bioactive glass nanoparticles inhibit osteoclast differentiation and osteoporotic bone loss by activating lncRNA NRON expression in the extracellular vesicles derived from bone marrow mesenchymal stem cells”于2022年2月24日发表在杂志Biomaterials上。


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图1 BGN+BMSC-EVs激活BMSCs中lncRNA NRON表达抑制成骨分化示意图

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121438

2.Small: 3D生物打印多功能动态纳米复合生物墨水的含cu掺杂的介孔生物活性玻璃纳米颗粒用于骨组织工程
近年来，生物打印技术在制造高度复杂的仿生组织方面取得了重大进展。在本研究中，西安交大联合纽伦堡生物材料研究所Aldo R. Boccaccini教授开发了基于铜掺杂的介孔生物活性玻璃 (ACuMBGNs)和基于海藻酸(氧化海藻酸盐)和明胶的动态共价组成的水凝胶，开发了一种多功能纳米复合生物墨水。使嵌入的人骨肉瘤细胞和小鼠骨髓源性间质细胞能够快速扩散(3天内)和高存活率(＞90%)。打印的海藻酸-明胶(ADA-GEL或AG)-ACuMBGN支架在没有额外生长因子的情况下，可促进小鼠骨髓基质干细胞(BMSCs)的成骨分化和血管生成。综上，纳米复合生物墨水可作为生物打印复杂三维基质环境的平台，为骨组织工程提供优越的理化和生物学性能。相关工作“3D Bioprinting of Multifunctional Dynamic Nanocomposite Bioinks Incorporating Cu-Doped Mesoporous Bioactive Glass Nanoparticles for Bone Tissue Engineering”于2022年2月01日发表在杂志Small上。

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图2 基于胺化MBGNs (AMBGNs)或ACuMBGNs的席夫碱反应、明胶(GEL)和海藻酸二醛(ADA)的纳米复合生物墨水及其生物打印工艺的示意图

原文链接：
https://doi.org/10.1002/smll.202104996

3. ACS Applied Materials & Interfaces：肽修饰纳米生物活性玻璃靶向固定化天然VEGF
大骨缺损再生的一个限制因素是缺损区域功能血管网的缓慢和无序形成。为克服这一问题，在新的骨再生方法中，诱导血管生成过程应该与有效的骨移植替代品相结合。为此，Matthias等人通过结合肽(PR1P)将促血管生成生长因子VEGF165以其天然状态固定在生物活性玻璃(nBGs)表面。研究表明，肽与nBG表面的共价偶联可以高效、特异地固定VEGF。对携带VEGF的nBG的内皮细胞管形成的体外分析表明，VEGF的生物活性不会因固定化而受到损害。相反，与外源性添加的VEGF相比，低剂量的固定VEGF可产生类似的血管生成刺激。该系统为解决大骨缺损再生中新生血管不足的问题提供了一种有前景的策略。相关工作“Peptide-Modified Nano-Bioactive Glass for Targeted Immobilization of Native VEGF”于2022年1月18日发表在杂志ACS Applied Materials & Interfaces上。

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图3 结合肽共价偶联在nBGs表面固定VEGF示意图

原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsami.1c21378

4. Acta Biomaterialia：由磷酸钙水泥和介孔生物活性玻璃组成的复合材料作为一种3D可调药物递送系统
磷酸钙骨水泥(CPC)和介孔生物活性玻璃(MBG)是两种广泛研究的治疗骨科和颌面外科骨缺损方面的生物材料。最近，德国Richard Frank Richter团队研究了基于糊状CPC的CPC-MBG复合材料的挤压性能，表明这种复合材料适合于低温三维操控。在这项研究中表明，通过复合材料中MBG含量的变化，最终支架的降解会受到影响。此外，通过使用有疗效的活性离子(如锶)来修饰水泥相MBG，释放的离子浓度可以在很大范围内变化。随后，利用玻璃的高比表面积作为溶菌酶或生长因子等蛋白质的载体系统，使MBG功能化。并且从纯MBG或3D加工的复合支架中释放的蛋白质保持了生物活性。因此，CPC和MBG的结合创造了一个高度灵活的复合系统，使其成为骨组织工程的有前途的候选者。相关工作“Composites consisting of calcium phosphate cements and mesoporous bioactive glasses as a 3D plottable drug delivery system”于2022年1月19日发表在杂志Acta Biomaterialia上。

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图4 3D打印磷酸钙水泥和介孔生物活性玻璃组成的复合材料作为药物递送支架示意图

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2022.01.034

5.Chemical Engineering Journal：通过分级铜/钙生物活性二氧化硅设计肿瘤凋亡(Cu2+)和骨组织钙化(Ca2+)用于骨肉瘤治疗
在骨肉瘤的治疗中，精确肿瘤杀伤和损伤组织再生功能的多功能治疗是必要的。在此，华侨大学陈爱政教授团队研究了多功能的钙/铜灌注生物活性玻璃(Ca-BG/Cu-BG)框架，该框架具有癌症抑制和骨组织钙化功能，可用于骨肉瘤治疗。Cu-BG (10 mol%)的最佳配方通过羟基自由基(·OH)的生成，具有良好的抗癌作用，并促进HA的形成，促进骨组织钙化。体外研究表明，人骨肉瘤细胞(HOS)通过改善细胞内化效果和自由基生成具有特殊的抗肿瘤作用。而骨肉瘤小鼠体内免疫染色和微CT图像证实了类芬顿反应诱导的化学动力学治疗(CDT)、通过p53途径过表达低氧诱导因子(HIF)-1α及钙化结节的形成。相关工作“Orchestrated tumor apoptosis (Cu2+) and bone tissue calcification (Ca2+) by hierarchical Copper/Calcium-ensembled bioactive silica for osteosarcoma therapy”于2022年1月22日发表在杂志Chemical Engineering Journal上。

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图5 (A)Ca/Cu- BG纳米复合材料的制备，(B) CDT (Cu)辅助抗癌和钙化(Ca/Si)诱导骨组织恢复的体内外机制示意图

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.134820

6. Bioactive Materials：生物活性玻璃选择性地促进骨源性肿瘤基质细胞对巨细胞瘤的细胞毒性，并诱导MAPK信号依赖的自噬
骨巨细胞瘤(GCTB)与大量骨破坏和高复发率有关。在本研究中，Joerg等人旨在研究BG诱导细胞毒性的分子机制。研究发现，BG处理与细胞任何凋亡迹象无关，而是导致丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)的强诱导，从而导致GCTSC中几个转录因子的特异性上调。全基因组基因表达谱进一步揭示了15个基因在GCTSC中特异性诱导或在GCTSC中诱导显著强于BMSC。BG处理进一步诱导了自噬，与BMSC相比，GCTSC中自噬更为明显，并且可以被MAPK抑制剂抑制。结合BGs已知的成骨特性，Joerg等人的研究结果支持了BGs作为治疗GCTB的药物的适宜性。但是，这些数据仍须在体内条件下进行验证。相关工作“Bioactive glass selectively promotes cytotoxicity towards giant cell tumor of bone derived neoplastic stromal cells and induces MAPK signalling dependent autophagy”于2022年2月28日发表在杂志Bioactive Materials上。

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图6 生物活性玻璃选择性促进目的肿瘤细胞毒性且诱导细胞自噬示意图

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.02.021

7. Materials Today：多层多功能生物活性纳米玻璃用于整合肿瘤/感染治疗和受损伤口修复
肿瘤手术及感染引起的复杂创面修复因肿瘤复发及严重炎症仍是临床面临的挑战。在此，西安交通大学雷波教授团队开发了一种具有生物活性的硅钙锶玻璃纳米复合物(BSr@PPE)，以克服肿瘤和感染受损伤口修复的挑战。BSr@PPE具有浓度依赖性光热效应、强的自由基清除和抗菌能力、良好的紫外屏蔽性能和高的生物相容性。BSr@PPE可以通过光热效应有效杀伤肿瘤细胞，对正常和耐药细菌表现出强大的抗菌活性，并增强成纤维细胞的体外迁移。体内实验表明，BSr@PPE可促进创面上皮重建、胶原沉积和血管生成，减轻创面炎症，增强创面修复，通过抑制肿瘤细胞加速肿瘤受损创面。相关工作“Hierarchically multifunctional bioactive nanoglass for integrated tumor/infection therapy and impaired wound repair”于2022年2月24日发表在杂志Materials Today上。

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图7 生物活性纳米系统的合成过程、多功能生物活性及其在复杂创面修复中的应用。(a) BSr@PPE综合路线示意图;(b) BSr@PPE的多功能特性;(c) BSr@PPE在伤口修复中的应用和潜在机制

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2022.01.019

8.Biomaterials：钼在材料免疫调节和牙周创面愈合中的作用:靶向免疫代谢和线粒体功能调节巨噬细胞
针对表型变化的潜在机制调控巨噬细胞免疫应答广泛受到生物材料领域的关注。在本研究中，第四军医大陈发明教授团队打印了含钼生物活性玻璃陶瓷(Mo-BGC)支架作为免疫调节材料。在临界大小牙周缺损模型中，缺损匹配的支架具有强大的免疫调节活性，能够长期稳定地调节巨噬细胞，并促进牙周组织的再生。研究表明，Mo-BGC支架的再生增强功能是依赖于巨噬细胞的。体外研究发现，Mo- BGC粉末提取物类似于含MoO42-的培养基，通过增强巨噬细胞线粒体功能诱导M2极化，促进细胞代谢由糖酵解向线粒体氧化磷酸化转变。他们的发现首次证明了含钼材料在伤口愈合的动态级联中具有免疫调节作用。相关工作“Role of molybdenum in material immunomodulation and periodontal wound healing: Targeting immunometabolism and mitochondrial function for macrophage modulation”于2022年2月25日发表在杂志Biomaterials上。

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图8 钼掺杂的生物活性玻璃陶瓷靶向调节巨噬细胞并促进创面愈合示意图

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121439

9. Materials Today Chemistry：快速止血、抗菌性能优良的含铈介孔生物活性玻璃/壳聚糖复合海绵止血材料
快速有效的止血是控制出血、降低死亡率的关键。南京工业大学张垠教授团队制备了含铈介孔生物活性玻璃(Ce-MBG)和壳聚糖(CHT)复合止血海绵(Ce-MBG/CHT)，与商用明胶海绵(GS)对比，评价复合海绵材料的止血性能。结果表明，Ce-MBG的加入提高了海绵的孔隙结构、孔隙率和吸水率。全凝血研究表明Ce-MBG/CHT具有优于GS的止血性能，并验证了其体外血栓形成、血小板粘附和血液相容性。体外凝血表明，Ce-MBG可激活因子XII，诱导凝血内在途径。此外，研究人员通过细胞毒性评估了样品与L929细胞接触24、48和72 h后的细胞相容性。与GS相比，4Ce-MBG/CHT对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效果更好。相关工作“Rapid hemostasis and excellent antibacterial cerium-containing mesoporous bioactive glass/chitosan composite sponge for hemostatic material”于2022年1月3日发表在杂志Materials Today Chemistry上。

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图9 Ce-MBG/CHT复合海绵的制备示意图

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2021.100735

10. ACS Applied Materials & Interfaces : 多孔钛基的生物活性明胶-海藻酸-生物活性玻璃复合涂层的制备与表征
多孔纯钛被用来作为皮质骨替代, 然而基于聚合物共混物(明胶和海藻酸盐)和生物活性玻璃(BG) 45S5的不同复合材料则被用作软骨组织的软层。Cristina等人通过对不同复合材料的微观组织、降解速率、生物功能和磨损性能的分析，找出最佳双相复合材料涂层。实验表明，基体尺寸分布范围为200-355 μm时，微机械平衡最佳。此外，由海藻酸盐制备的涂层含有50%海藻酸盐和50%明胶的复合材料具有较高的弹性回复率，意味着这种涂层可以复制关节区域的软组织功能。因此，商用的纯钛多孔材料与由海藻酸盐/明胶/45S5 BG制备的复合材料的组合不仅可以用于制备双相植入物，而还可用于治疗同时影响硬软组织的其他疾病。相关工作“Fabrication and Characterization of Bioactive Gelatin-Alginate−Bioactive Glass Composite Coatings on Porous Titanium Substrates”于2022年3月22日发表在杂志ACS Applied Materials & Interfaces上。

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图10 多孔钛基的生物活性明胶-海藻酸-生物活性玻璃的复合涂层用于硬软组织修复示意图

原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsami.2c01241

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