微生物催化陶瓷材料 可促進骨組織再生

科技日報訊 （記者王春）記者11月22日從中國科學院上海硅酸鹽研究所獲悉，該所吳成鐵研究團隊，提出了微生物催化活性礦物誘導成骨的思想，並利用微生物催化作用構建出用於骨組織再生的生物陶瓷支架表面微納米結構。相關研究成果以“微生物催化生物陶瓷用於骨再生”為題發表在最新一期國際學術期刊《先進材料》上。

受自然界中微生物礦化現象的啓發，吳成鐵團隊通過微生物催化作用使傳統陶瓷材料（硅酸鹽）表面生長出具有生物活性的納米碳酸鈣礦物，將傳統陶瓷材料與微生物基活性材料相結合用於骨組織再生。

骨骼是一種複雜的生物礦化組織，由微納米尺度的有機（細胞、蛋白質）和無機（羥基磷灰石、碳酸鈣）物質組成。理想的生物材料需要具有優良的骨傳導性與骨誘導性，能高效促進新生骨的形成。

越來越多研究表明，生物材料表面的微納米形貌及其化學特徵能有效調控細胞的成骨活性。然而，傳統的三維打印陶瓷支架的表面改性主要基於水熱法、有機模版法等化學方法，這種非生物調控的礦化過程不利於晶體尺寸與結晶度的控制，從而限制了其生物學效應的高效發揮。

研究團隊利用產脲酶菌的代謝作用在陶瓷材料表面誘導出均勻的生物礦化層。微生物在陶瓷材料表面構建的納米碳酸鈣礦物明顯抑制了硅酸鈣陶瓷的快速降解，並對骨髓間充質幹細胞的粘附、鋪展、增殖、遷移和分化等細胞生物活性具有更好的促進作用。在皮下植入和大塊骨缺損修復動物實驗中，經微生物催化的生物材料具有良好的生物相容性，表現出顯著的促骨組織再生活性。

除了用於骨組織再生，這種微生物與組織工程相結合的策略，還為生物醫學材料的製備提供了新思路。