徐艳教授团队发表骨结合材料研究成果

徐艳教授团队发表骨结合材料研究成果

近日， 江苏省口腔疾病研究重点实验室徐艳教授团队在《纳米》（ACS Nano）杂志上发表了题为“仿生聚多巴胺涂层驱动的定向层状纳米晶3Y-TZP结构通过机械转导促进细胞桥形成，从而促进成骨分化 Bioinspired Polydopamine Coating-Driven Oriented Lamellar Nanocrystalline 3Y-TZP Structures Enhance Cell Bridge Formation for Osteogenic Differentiation via Mechanotransduction”的研究论文。本研究通过聚多巴胺涂层驱动与定向冷冻铸造技术，成功构建出具有类皮质骨结构的纳米晶3Y-TZP（3 mol% Y₂O₃稳定四方氧化锆多晶体）材料。优化后的材料能够有效诱导干细胞极化，增强肌球蛋白介导的细胞骨架张力，并通过机械信号转导促进细胞桥形成、成骨分化及种植体骨结合。为高性能陶瓷植入材料设计提供了新的理论基础和应用前景。



      高强度生物陶瓷材料，尤其3Y-TZP，因其卓越的力学性能和生物相容性，广泛应用于口腔及骨科植入物领域。然而，传统3Y-TZP材料表面结构相对单一，难以有效调控细胞的力学感知与成骨分化过程，从而限制了其骨结合效果和长期稳定性。

      针对这一难题，徐艳教授团队基于基于聚多巴胺修饰的纳米3Y-TZP颗粒，结合定向冷冻铸造技术，制备出具有定向层状纳米晶结构的仿生陶瓷材料。该材料在微观层面呈现出类皮质骨的序参量和高孔隙长宽比，能够诱导间充质干细胞形成悬空“细胞桥”，激活肌球蛋白介导的定向极化与细胞机械转导，显著促进成骨分化与种植体骨结合。

      研究进一步结合molecular clutch模型与实验分析，揭示了孔隙纵横比与取向耦合对细胞桥形成的关键调控作用，其本质为细胞黏着斑的锚定力与肌球蛋白介导的内源牵引力之间的动态平衡的结果，当细胞骨架张力足以维持高细胞膜张力时，可触发稳定的细胞桥形成并激活下游力学信号通路。

      综上所述，本研究通过易于规模化生产且无需复杂化学改性的制备工艺，实现了兼具优异力学性能与生物活性的高性能氧化锆陶瓷材料制备。该成果为通过机械转导机制优化骨结合提供了全新的物理学设计策略，具有重要的基础研究价值与临床转化潜力。



研究机制示意图