天然骨由60-65wt%的無機(jī)成分（主要為羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA））鑲嵌在膠原（有機(jī)成分）中組成，因此，有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料被廣泛用作仿生人工骨支架。然而，傳統(tǒng)的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料由于有機(jī)相與無機(jī)相相容性差，易導(dǎo)致相分離，機(jī)械性能降低，以及骨整合和骨再生效果差。通過在HA表面接枝一定量的有機(jī)聚合物（如聚乳酸（PLA）、聚氨基酸）能改善有機(jī)相和無機(jī)相的相容性。然而，這些表面修飾策略很大程度上受到無機(jī)粒子表面特性的限制且通常需要對無機(jī)物進(jìn)行必要的預(yù)處理。開發(fā)一種普適的連接無機(jī)粒子和有機(jī)聚合物的策略具有十分重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
貽貝（mussel）或單寧（tannin）啟發(fā)的黏附策略中所采用的兒茶酚（catechol）或沒食子酸（gallol）基團(tuán)不但能在氧化或堿性條件下通過形成共價(jià)鍵強(qiáng)力黏附在生物組織表面，還能通過表面連接、氫鍵等強(qiáng)力黏附在無機(jī)物表面，使其成為理想的有機(jī)物和無機(jī)物間的“橋連”分子。通過簡便、高效的表面改性過程，單寧能被強(qiáng)力黏附在無機(jī)相（HA）表面（銀納米粒子也能同時(shí)原位生成并被固定在表面），并通過化學(xué)反應(yīng)與有機(jī)相（檸檬酸基聚合物）形成共價(jià)鍵結(jié)合（圖1），打破了有機(jī)和無機(jī)相間的界面，能更好地模擬天然骨的結(jié)構(gòu)，極大地提高了復(fù)合物的壓縮強(qiáng)度（最高達(dá)325 MPa），超過了人體皮質(zhì)骨的強(qiáng)度（100-230 MPa）。所開發(fā)的檸檬酸基單寧橋連的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合骨科材料（citrate-based tannin-bridged bone composite, CTBC）還充分展現(xiàn)了檸檬酸基聚合物和單寧及銀納米顆粒的生物活性，具有抗菌性、促進(jìn)生物礦化、促進(jìn)細(xì)胞粘附生長，以及骨傳導(dǎo)和促骨誘導(dǎo)活性（圖2）。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了CTBC相對于POC-HA和空白對照促進(jìn)腰椎融合的效果（圖3）。固定在CTBC表面的多官能度的單寧還保留了表面生物鍵合位點(diǎn)，可用來進(jìn)一步提高其生物活性。
以上研究成果近期以Citrate-based tannin-bridged bone composites for lumbar fusion為題發(fā)表于Advanced Functional Materials?(2020, DOI: 10.1002/adfm.202002438)。論文的第一作者為南方醫(yī)科大學(xué)郭金山教授。南方醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院謝登輝副教授、西南醫(yī)科大學(xué)田興貴為共同第一作者。賓州州立大學(xué)楊健教授為通訊作者，南方醫(yī)科大學(xué)白曉春教授、盧智慧副研究員為共同通訊作者。
楊健教授簡介
楊健，博士，賓州州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授，勞埃德和多羅夕福爾哈克再生工程講席教授（Lloyd & Dorothy Foehr Huck Chair in Regenerative Engineering）。楊健教授的研究集中在檸檬酸基生物材料的創(chuàng)新研究及其在組織工程、藥物遞送、生物傳感和生物成像中的應(yīng)用。曾獲2010年美國國家科學(xué)基金會早期職業(yè)獎(jiǎng)（NSF CAREER Award），2016年當(dāng)選美國醫(yī)學(xué)與生物工程研究所（AIMBE）會士，2018年當(dāng)選美國國家發(fā)明家科學(xué)院（National Academy of Inventors (NAI)）院士。至今，發(fā)表期刊論文及書刊章節(jié)130余篇，擁有多項(xiàng)中國、美國和國際專利，成功實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化并創(chuàng)辦醫(yī)療器械公司。楊健教授還擔(dān)任《Bioactive Materials》共同主編和《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》副主編。
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白曉春教授簡介
白曉春，博士，南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院院長，細(xì)胞生物學(xué)教研室教授。教育部“長江學(xué)者”特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，入選國家百千萬人才工程，主要從事骨與關(guān)節(jié)退行病變的機(jī)制、骨與軟骨組織損傷修復(fù)研究，任廣東省骨與關(guān)節(jié)退行性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，近5年承擔(dān)國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目、杰青等項(xiàng)目12項(xiàng)，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、云南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、廣東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和廣州市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，在Science、J. Cell Biol.、Blood、PNAS、Ann. Rheum. Dis.、Adv. Sci.、Nat. Commun.、PLOS Genet、J. Bone Miner. Res.等期刊上發(fā)表論文90余篇，他引3000多次，并多次被F1000推薦和國家基金委網(wǎng)站報(bào)道。
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郭金山教授簡介
郭金山，博士畢業(yè)于中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所（導(dǎo)師：黃宇彬、景遐斌、陳學(xué)思（中科院院士））。博士畢業(yè)后赴美，先后在得州大學(xué)阿靈頓分校、賓州州立大學(xué)（合作導(dǎo)師：楊健教授）和哈佛大學(xué)（合作導(dǎo)師：Juan Perez-Mercader）從事博士后研究。2019年6月以第三層次人才入職南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，任教授、博士生導(dǎo)師。研究方向集中在生物醫(yī)用高分子在軟、硬組織工程材料中的應(yīng)用，包括生物醫(yī)用膠黏劑和傷口敷料以及生物活性骨科材料。至今，在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Biomaterials等期刊發(fā)表論文30余篇，英文專著章節(jié)2章，有多項(xiàng)中國、美國和國際專利。課題組誠招博士后和研究助理，歡迎來函來電咨詢:?jsguo4127@smu.edu.cn, 020-61648222, QQ (wechat): 123332035。
