文章标题：Phased Ions-Release Bilayer-Guided Bone Regeneration Membrane with Nanostructure-Mediated Antibacterial Adhesion
具有抗菌粘附功能的双层 CSHP 膜的示意图，用于通过分阶段和定向离子释放进行骨再生。文献精选
骨缺损修复涉及一系列动态和复杂的过程，包括免疫调节、血管生成和骨形成。在此，提出了一种分阶段生物活性离子定向释放策略，用于构建双层Cu&Sr-羟基磷灰石(HAp)/聚乳酸(CSHP-)引导骨再生膜。通过利用不同的离子递送模式，吸附在表面的Cu2+可以从CSHP膜快速释放，触发一系列事件，包括抗菌反应、调节巨噬细胞极化和促进血管生成。随着HAp的逐渐降解，掺杂在晶格中的Sr2+持续释放，协同调节免疫，并促进强健骨骼组织的形成。CSHP膜的双层结构还确保了生物活性离子向骨缺损区域的定向释放，避免了可能由无差别扩散引起的任何系统性并发症。此外，纳米工程HAp层由于低粘附力而阻止病原体定植，可以有效防止植入后细菌生物膜的形成和感染。总的来说，基于分阶段和定向离子释放的多功能双层CSHP膜适应骨修复的动态需求，从而增强再生效率，并为先进修复材料的设计提供参考。
HAp、Sr-HAp 和 Cu&Sr-HAp NW 的表征。a、b) HAp NW 的 SEM 和 TEM 图像。c、d) Sr-HAp NW 的 SEM 和 TEM 图像。e) HAp 和 Sr-HAp NW 的 XRD 图案。f) HAp 和 Sr-HAp NW 的 FTIR 光谱。g) Cu&Sr-HAp NW 的 TEM 映射。h-k) Cu&Sr-HAp NW 中 Ca、P、Sr 和 Cu 的 XPS 高分辨率光谱。CSHP 膜的特性。a) CSHP 膜、Cu&Sr-HAp 侧和 PLA 侧的形貌 SEM 图像。b) Cu&Sr-HAp 侧的 EDS 分析。c) CSHP 膜横截面的 EDS 分析。d、e) CSHP 膜中的离子释放曲线，Cu²⁺ 和 Sr²⁺。f) CSHP 膜两侧的接触角测量值（每组 n = 3）；误差线代表 SD。创新点：
1. 提出了分阶段生物活性离子定向释放策略，适应骨修复的动态需求。
2. 设计了双层结构膜，实现了Cu2+快速释放和Sr2+持续释放的协同作用。
3. 利用纳米工程HAp层实现了抗菌粘附，防止细菌生物膜形成。
4. 将免疫调节、血管生成和骨形成等多个过程整合到一个材料系统中。
5. 通过定向离子释放避免了系统性并发症，提高了安全性。
CSHP 膜的生物相容性和干细胞募集效果。a、b) 与不同膜提取物共培养的 BMSCs 和 HUVEC 的活/死染色。c、d) 与不同膜提取物共培养 1、3 和 5 天的 BMSCs 和 HUVEC 的 CCK-8 测定。e) 迁移实验。f) 伤口愈合实验，12 小时（每组 n=5）；误差线代表 SD；*：p < 0.05，****：p < 0.001。抗菌粘附功能。a) 3 天后细菌生物膜的结晶紫染色。b) 12 小时和 3 天时表面细菌和生物膜形成的 SEM 图像。c) 3 天时表面细菌生物膜的三维图像。d) AFM 实验图：单个细菌与材料表面之间的相互作用。e) 金黄色葡萄球菌与材料表面之间的力-距离曲线示例。从左到右：玻璃板、HAp 板和 HAp 膜。f) 细菌与表面之间的粘附力。g) 粗糙度、HAp 板和 HAp 膜的 3D 图像。h) 平均粗糙度值的定量分析（每组 n = 25）；误差线代表 SD；NS：无显著性，****：p < 0.001。对科研工作的启发：
1. 注重材料设计与生物过程的时序匹配，如分阶段释放策略。
2. 多功能集成的重要性，如结合抗菌、免疫调节和组织再生功能。
3. 考虑材料在宏观和纳米尺度的协同作用，如双层结构和纳米表面设计。
4. 关注材料与生物系统的长期相互作用，如持续离子释放和组织再生。
5. 强调材料功能的空间定向性，如定向离子释放。
巨噬细胞极化的调节。a–c) 与不同膜提取物共培养 24 小时后 RAW264.7 细胞系中 iNOS、TNF-α 和 CD206 的 mRNA 表达。d–f) 与不同膜提取物共培养 48 小时后 RAW264.7 细胞系中 iNOS、IL-10 和 CD206 的 mRNA 表达。g) 与不同膜提取物共培养 48 小时后 RAW264.7 细胞系中 CD86、iNOS 和 CD206 的 IF 染色。h,i) 与不同膜提取物共培养 48 小时后 RAW264.7 细胞系中 iNOS 和 IL-10 的蛋白质分泌（每组 n=3）；误差线代表 SD； *：p < 0.05，**：p < 0.01，*** 和 ****：p < 0.001。血管生成调节。a) 小管形成试验，3 和 12 小时。b) 小管形成试验的半定量分析。c) 与来自不同膜的提取物共培养 1 天时 HUVEC 中 VEGF、HIF-1、SCF 和 FGF 的 mRNA 表达。d) 与来自不同膜的提取物共培养 3 天后 HUVEC 中 VEGF、HIF-1、SCF 和 FGF 的 mRNA 表达。（每组 n=3）；误差线代表 SD；*：p < 0.05，**：p < 0.01，*** 和 ****：p < 0.001。思路延伸：
1. 探索其他生物活性离子或生长因子的分阶段释放策略。
2. 研究该系统在其他类型组织再生（如软骨、韧带）中的应用。
3. 开发可响应特定生物信号的智能释放系统，实现更精准的调控。
4. 结合3D打印技术，设计个性化的骨缺损修复膜。
5. 探索纳米结构表面与干细胞相互作用，促进组织再生。
6. 研究该系统在复杂骨缺损（如骨肿瘤切除后）修复中的应用。
7. 开发具有实时监测功能的智能膜，如感知局部pH、炎症因子水平。
8. 探索结合基因治疗的可能性，如递送用于骨再生的特定基因。
9. 研究该系统在老年或代谢疾病患者骨缺损修复中的效果和适应性。
10. 开发可降解速率可调的材料系统，适应不同患者的骨再生速度。
成骨分化调控。a) 与不同膜提取物共培养 7 天时 BMSCs 中 ALP、OCN 和 OPN 的 mRNA 表达。b) 与不同膜提取物共培养 14 天时 BMSCs 中 ALP、OCN 和 OPN 的 mRNA 表达。c) 与不同膜提取物共培养 14 天时 BMSCs 的 ALP 染色。d、e) 与不同膜提取物共培养 14 天时 BMSCs 中 OCN 和 OPN 的 IF 染色。（每组 n=3）；误差线代表 SD；**：p < 0.01，*** 和 ****：p < 0.001。体内骨再生。a) 重建的 1 m 处下颌骨缺损的微型 CT 图像。b、c) 微型 CT 结果、骨密度和 BV/TV 的定量分析。d) 骨缺损区域的 HE 染色，1 周。e) 骨缺损区域的 HE 染色，1 个月。f) 骨缺损区域的 TRAP 染色，1 周。（每组 n=5）；误差线代表 SD；*：p < 0.05，**：p < 0.01，****：p < 0.001。文章来源
Small Struct.
Pub Date : 2024-09-19
DOI : 10.1002/sstr.202400408
Liguo Zhang, Zhao Li, Yajing Fu, Haoyang Tian, Ting Wang, Hongrui Liu, Jianhua Li, Hong Liu, Shaohua Ge, Baojin Ma