WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology:介孔二氧化硅纳米粒子在组织工程中的应用

因意外或疾病造成的组织缺损会严重影响患者的生活质量和身心健康。面临大面积缺损时,机体有限的自我修复能力和供体来源不足,使得大块组织缺损的再生修复成为困扰临床医生的一大难题。组织工程为临床组织创伤修复和再生提供了新的思路。支架材料、细胞和活性因子是组织工程的三要素,其中支架材料不仅要提供适合的界面和骨架以供种子细胞粘附、生长和增殖,还要引入有效的活性因子以促进细胞的定向分化和新生组织的形成。制备过程中较苛刻的反应条件,易使直接掺入支架中的活性因子部分甚至全部失活,因此利用微载体实现活性因子在支架内的精确负载和释放对提高支架的生物活性和增强组织修复效果有利。

介孔二氧化硅纳米粒子(Mesoporous silica nanoparticles,MSNs)是一种多孔无机载体。随着近年来MSNs应用于组织工程领域的研究日益深入,人们发现MSNs在构建生物活性支架材料方面具有独特优势。例如,通过调控MSNs的孔径,在其孔道中负载不同大小的药物、蛋白或核酸类分子。MSNs的表面易于进行各种功能化修饰,不仅能修饰靶向亲和分子,且能输送功能性因子(多肽、蛋白等),还能够赋予其影像功能。通过这些策略,采用MSNs纳米输送载体可以实现活性因子的可控释放和支架材料的多功能化。因此,基于MSNs在组织工程领域的巨大应用潜力,东华大学何创龙教授课题组最近应邀Wiley旗下期刊WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology (DOI: 10.1002/wnan.1573)发表综述文章“Mesoporous silica nanoparticles for tissue‐engineering applications”。文章介绍了MSNs的化学合成及对其理化性质的调控,阐述了MSNs在构建组织工程支架中扮演的重要角色。MSNs不仅能够作为载体负载活性因子,且其本身分解的硅酸根离子对干细胞分化和组织再生有显著的调控作用。同时,MSNs的掺入会对支架的机械性能、生物-材料界面产生影响。最后,文章系统总结了近年来MSNs在组织修复特别是骨组织工程领域的研究进展,并展望了MSNs在组织工程领域的新方向。

何创龙教授课题组近年来致力于开发功能性组织工程支架材料,特别是将MSNs应用于骨组织工程。他们利用MSNs分别负载小分子药物、成骨功能多肽、小分子核酸,研究了负载活性因子后MSNs的促成骨分化和体内外骨修复效果(ACS applied materials & interfaces, 2015, 7(29): 15777-15789;ACS Biomaterials Science & Engineering, 2019, 5(2): 710-723)。还通过条件温和的电泳沉积法将负载有小分子药物的MSNs沉积到多孔纳米纤维支架中,研究其体内、外骨再生能力(ACS applied materials & interfaces, 2016, 8(6): 4137-4148)。同时,利用MSNs负载抗生素并引入到三维支架中,还可用于感染性骨缺损的修复(Journal of Materials Chemistry B, 2018, 6(5): 740-752)。血供的匮乏是造成大块组织工程骨修复大段骨缺损失败的重要原因,因此针对该问题,也构建了成血管因子和成骨因子缓释的多孔支架材料(Journal of Materials Chemistry B, 2018, 6(42): 6731-6743)。此外,他们还将MSNs用于抗菌和止血(ACS Biomaterials Science & Engineering, 2018, 4(10): 3588-3599)。