四川大学李娟/聂宇教授AFM：无需生长因子的自增强水凝胶实现三维牙周骨再生生物材料

BioMed科技 · 公众号 · · 2025-02-14 20:38

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牙周骨缺损由牙周炎、创伤或肿瘤引起，传统治疗方法如自体骨移植存在供体限制和手术复杂等问题。尽管水凝胶因其生物相容性被广泛研究，但其机械性能差、降解快、难以贴合不规则缺损等问题限制了其临床应用。如何开发兼具可注射性、自修复、机械适应性和生物活性的水凝胶，成为骨组织工程领域的核心挑战。

国家生物医学材料工程技术研究中心 聂宇研究员 和四川大学华西口腔医院 李娟教授 团队 设计了一种新型钙捕获水凝胶（OSA-Alen@HAP/Gel-DA）。 该材料由双膦酸盐（BP）功能化的氧化海藻酸钠（OSA-Alen）、纳米羟基磷灰石（HAP）和多巴胺接枝明胶（Gel-DA）组成。该动态网络结构组成的复合水凝胶具备：（1） 可注射与自修复性能 ：HAP与OSA-Alen的动态配位及Schiff碱反应赋予水凝胶剪切稀化特性，可通过26G针头注射并自修复为完整结构。（2） 机械自增强性能 ：水凝胶可捕获并储存钙离子，通过OSA的羧基和双膦酸盐交联提升自身机械强度。（3） 均匀骨传导 ： BP的功能化使得HAP均匀分散于水凝胶中，结合多巴胺的组织粘附性，可防止水凝胶移位并促进内源性细胞浸润。体外实验显示，该水凝胶显著促进骨髓间充质干细胞的成骨分化（RUNX-2和ALP表达上调），并激活钙离子通道Piezo1。大鼠牙周骨缺损模型中，该水凝胶修复组实现了缺损部位三维方向上几乎完整的骨再生效果。

该研究为无需外源生长因子的骨再生材料提供了新的思路。未来可通过优化组分（如整合抗菌成分）扩展至感染性骨缺损修复，或结合3D打印技术定制个性化支架。此外，其动态网络设计理念或启发其他软硬组织工程材料的开发，推动生物医学材料的临床应用。

四川大学华西口腔医院 李娟教授 和国家生物医学材料工程技术研究中心/四川大学生物医学工程学院 聂宇研究员 为论文通讯作者，四川大学华西口腔医院 张梅博士 为第一作者，研究受国家生物医学材料工程技术研究中心/四川大学生物医学工程学院张兴栋院士指导。本项目研究获得了国家自然科学基金和四川大学华西口腔医院探索与研发项目交叉学科创新项目的支持。

图 1. 该钙离子捕获的自增强水凝胶OSA-Alen@HAP/Gel-DA在牙周骨组织再生中的应用。水凝胶注射到牙周缺损后，覆盖整个缺损区域，通过多巴胺的酚羟基粘附在周围的骨组织上，并通过内部多动态网络自愈合恢复结构完整性和机械强度，随后通过Alen-Ca ²⁺ 配位和-COO-/Ca ²⁺ 交联实现机械性能的自增强。随着BMSCs的迁入生长，Ca ²⁺ 通道Piezo1被激活，细胞Ca ²⁺ 内流增加，BMSCs成骨向分化，最终实现牙周骨组织再生。

图2. OSA-Alen@HAP/Gel-DA复合水凝胶的可注射、自愈合和粘附性表征。

图3. OSA-Alen@HAP/Gel-DA复合水凝胶的内部结构表征。

图4. OSA-Alen@HAP/Gel-DA复合水凝胶的对BMSCs生长粘附和细胞内钙离子浓度及钙离子通道Piezo1的影响。

图5. OSA-Alen@HAP/Gel-DA复合水凝胶的体内促牙周骨组织再生效果。

作者和课题组简介

四川大学聂宇研究员 ：四川省杰出青年科技人才，四川省学术和技术带头人，专注微纳仿生生物材料设计在基因递送、肿瘤治疗和组织再生方面的研究和开发应用。在Nature Communications, Advanced Materials, ACS Nano, Advanced Science, Advanced Functional Materials，Advanced Drug Delivery Reviews, Biomaterials等期刊发表SCI论文50余篇，H因子31，发明专利21项，参与多部生物材料专著编写；创建“中-德科学家合作研究组”平台。目前担任Pharmaceutical Nanotechnology副主编、Acta Pharmaceutica Sinica B 青年编委、Chinese Chemical letters青年编委、Asian Journal of Pharmaceutical Sciences青年编委，担任国家药品监督管理局医疗器械技术评审专家、中国专利审查技术专家、中国生物材料学会分委会委员、四川省生物医学工程学会理事、四川省药学会专委会委员等。

课题组主页：
https://www.x-mol.com/groups/Nie_Yu

四川大学华西口腔医院李娟教授

四川大学李娟/聂宇教授AFM：无需生长因子的自增强水凝胶实现三维牙周骨再生生物材料

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