微生物催化陶瓷材料可促进骨组织再生

11月22日，记者从中国科学院上海硅酸盐研究所获悉，吴承铁研究团队提出了微生物催化活性矿物诱导成骨的思路，利用微生物催化在生物陶瓷支架表面构建微纳米结构，用于骨组织再生。相关研究成果发表在最新一期国际学术期刊《先进材料》上，标题为“用于骨再生的微生物催化生物陶瓷”。

受自然界微生物矿化现象的启发，吴承铁团队通过微生物催化，使生物活性纳米碳酸钙矿物生长在传统陶瓷材料(硅酸盐)表面，将传统陶瓷材料与微生物基活性材料结合用于骨组织再生。

骨是一种复杂的生物矿化组织，由微纳尺度的有机(细胞、蛋白质)和无机(羟基磷灰石、碳酸钙)物质组成。理想的生物材料需要优良的骨传导性和骨诱导性，能有效促进新骨的形成。

越来越多的研究表明，生物材料表面的微纳形态和化学特性可以有效调控细胞的成骨活性。然而，传统三维打印陶瓷支架的表面改性主要基于水热法、有机模板法等化学方法。这种非生物矿化过程不利于控制晶体大小和结晶度，从而限制了其生物效应的有效发挥。

研究团队利用脲酶产生菌的代谢作用，在陶瓷材料表面诱导出均匀的生物矿化层。微生物在陶瓷材料表面构建的纳米碳酸钙矿物明显抑制了硅酸钙陶瓷的快速降解，对骨髓间充质干细胞的黏附、铺展、增殖、迁移和分化等细胞生物活性具有较好的促进作用。在皮下植入和大量骨缺损修复的动物实验中，微生物催化的生物材料具有良好的生物相容性，表现出显著的促进骨组织再生的活性。

这种微生物与组织工程相结合的策略，除了用于骨组织再生外，还为生物医用材料的制备提供了新思路。