DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04313

不规则形状骨质疏松性骨缺损的治疗一直是研究的重点。生物活性玻璃作为一种有吸引力的骨再生材料，其固有的脆性极大地限制了其应用范围。在此，作者报道了生物活性玻璃(SiO₂-CaO)纳米纤维的制备，该纤维具有良好的柔韧性，甚至可以弯曲180°。以壳聚糖为交联剂，将具有生物活性的纳米玻璃纤维进一步组装成三维纤维支架。将85SiO₂-15CaO纳米纤维和壳聚糖(85SiO2-15CaO NF/CS)组装而成的支架，与75SiO₂-25CaO纳米纤维和壳聚糖基支架相比，具有显著的力学性能。此外，85SiO₂-15CaO NF/CS支架表现出弹性行为，80%的压缩完全恢复，水下压缩1000次后具有良好的抗疲劳性能。在植入后，弹性纤维支架能够变形并适应不规则形状的骨缺损。85SiO₂-15CaO NF/CS支架用于大鼠骨质疏松性颅骨缺损的修复，可显著促进骨再生和血管形成。这种新型的三维纤维支架为复杂骨修复的工程智能材料提供了一种有前途的发展方向。

图1制备具有弹性的3D SiO2-CaO NF/CS支架以改善骨质疏松大鼠骨修复的原理图。(a)开发具有优越柔韧性的SiO2-CaO纳米纤维。(b)具有良好弹性的3D SiO2-CaO NF/CS支架的生成。(c)自展性支架微创移植修复骨质疏松大鼠颅骨缺损。

图2具有生物活性的纳米SiO2-CaO纤维。(a)经800℃煅烧的脆性75SiO2-25CaO纳米纤维垫和柔性85SiO2-15CaO纳米纤维垫的照片。(b) 800℃煅烧的85SiO2-15CaO弯曲纳米纤维毡的SEM图像。(c) SiO2-CaO纳米纤维在800、900和1000℃煅烧的SEM图像。(d)SiO2-CaO纳米纤维在800℃焙烧时的矿化性能。SiO2-CaO纳米纤维在800、900和1000℃下煅烧的(e) FTIR和(f) XRD。

图3弹性三维SiO2-CaO NF/CS纳米纤维支架。(a)壳聚糖、75SiO2-25CaO NF/CS和85SiO2-15CaO NF/CS支架的SEM图像和压缩曲线。(c)存储(G ')和损耗模量(G ")作为频率的函数。(d) SiO2-CaO NF/CS支架与其他纳米增强支架的三维压缩模量图。(e) 85SiO2-15CaO NF/CS支架在水介质中的形状恢复能力。(f) 85SiO2-15CaO NF/CS支架在不同压缩速度下的压缩曲线，在水介质中应变为20%。(g)85SiO2-15CaO各种形状的NF/CS支架植入到不规则形状的空腔模型中的自展开行为。

图485SiO2-15CaO NF/CS支架材料对大鼠骨质疏松模型体外生物相容性和体内骨再生能力的影响。(a) MSC培养7天后原位矿化支架的SEM图像。(b)矿化85SiO2-15CaO NF/CS支架的EDS分析。(c)支架内培养的MSCs的活/死染色。(d) SEM和F-actin染色显示细胞形态学特征。(e)壳聚糖和SiO2-CaO NF/CS支架中培养1、3和7天后MSC的细胞活力。(f) 从轴位和横断面重建正常和骨质疏松大鼠股骨远端微CT图像。(g)术后2、3个月大鼠颅骨缺损的三维重建微CT图像及(h) BV/TV。

图5促进SiO2-CaO NF/CS支架的骨再生和血管化骨质疏松大鼠植入后3个月MSC负载SiO2-CaO NF/CS支架。(a)H&E和马森三色染色和(b) 在术后3个月OPN, OCN, VEGF,α-SMA、CD31, CD34免疫染色的鼠颅缺陷。(c) OPN，(d) OCN和(e)再生血管的定量分析。