天然骨由60-65wt%的無機成分（主要為羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA））鑲嵌在膠原（有機成分）中組成，因此，有機/無機復合材料被廣泛用作仿生人工骨支架。然而，傳統(tǒng)的有機/無機復合材料由于有機相與無機相相容性差，易導致相分離，機械性能降低，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聚合物（如聚乳酸（PLA）、聚氨基酸）能改善有機相和無機相的相容性。然而，這些表面修飾策略很大程度上受到無機粒子表面特性的限制且通常需要對無機物進行必要的預處理。開發(fā)一種普適的連接無機粒子和有機聚合物的策略具有十分重要的科學意義和實際應用價值。
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）基團不但能在氧化或堿性條件下通過形成共價鍵強力黏附在生物組織表面，還能通過表面連接、氫鍵等強力黏附在無機物表面，使其成為理想的有機物和無機物間的“橋連”分子。通過簡便、高效的表面改性過程，單寧能被強力黏附在無機相（HA）表面（銀納米粒子也能同時原位生成并被固定在表面），并通過化學反應與有機相（檸檬酸基聚合物）形成共價鍵結合（圖1），打破了有機和無機相間的界面，能更好地模擬天然骨的結構，極大地提高了復合物的壓縮強度（最高達325 MPa），超過了人體皮質骨的強度（100-230 MPa）。所開發(fā)的檸檬酸基單寧橋連的有機/無機復合骨科材料（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、促進生物礦化、促進細胞粘附生長，以及骨傳導和促骨誘導活性（圖2）。動物實驗結果進一步驗證了CTBC相對于POC-HA和空白對照促進腰椎融合的效果（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，可用來進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)科大學郭金山教授。南方醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院謝登輝副教授、西南醫(yī)科大學田興貴為共同第一作者。賓州州立大學楊健教授為通訊作者，南方醫(yī)科大學白曉春教授、盧智慧副研究員為共同通訊作者。
楊健教授簡介
楊健，博士，賓州州立大學生物醫(yī)學工程學院教授，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用。曾獲2010年美國國家科學基金會早期職業(yè)獎（NSF CAREER Award），2016年當選美國醫(yī)學與生物工程研究所（AIMBE）會士，2018年當選美國國家發(fā)明家科學院（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，擁有多項中國、美國和國際專利，成功實現(xiàn)成果轉化并創(chuàng)辦醫(yī)療器械公司。楊健教授還擔任《Bioactive Materials》共同主編和《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》副主編。
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https://www.bme.psu.edu/labs/Yang-lab
白曉春教授簡介
白曉春，博士，南方醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院院長，細胞生物學教研室教授。教育部“長江學者”特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，“萬人計劃”科技創(chuàng)新領軍人才，入選國家百千萬人才工程，主要從事骨與關節(jié)退行病變的機制、骨與軟骨組織損傷修復研究，任廣東省骨與關節(jié)退行性疾病重點實驗室主任，近5年承擔國家自然科學基金重大項目、重點項目、杰青等項目12項，獲國家科技進步二等獎、云南省科技進步一等獎、廣東省科技進步二等獎和廣州市科技進步一等獎各1項，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)于中國科學院長春應用化學研究所（導師：黃宇彬、景遐斌、陳學思（中科院院士））。博士畢業(yè)后赴美，先后在得州大學阿靈頓分校、賓州州立大學（合作導師：楊健教授）和哈佛大學（合作導師：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)科大學基礎醫(yī)學院，任教授、博士生導師。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。
