微生物催化陶瓷材料 为生物医学材料制备提供新思路

记者11月22日从中国科学院上海硅酸盐研究所获悉，该所吴成铁研究团队，提出了微生物催化活性矿物诱导成骨的思想，并利用微生物催化作用构建出用于骨组织再生的生物陶瓷支架表面微纳米结构。相关研究成果以“微生物催化生物陶瓷用于骨再生”为题发表在最新一期国际学术期刊《先进材料》上。

受自然界中微生物矿化现象的启发，吴成铁团队通过微生物催化作用使传统陶瓷材料(硅酸盐)表面生长出具有生物活性的纳米碳酸钙矿物，将传统陶瓷材料与微生物基活性材料相结合用于骨组织再生。

骨骼是一种复杂的生物矿化组织，由微纳米尺度的有机(细胞、蛋白质)和无机(羟基磷灰石、碳酸钙)物质组成。理想的生物材料需要具有优良的骨传导性与骨诱导性，能高效促进新生骨的形成。

越来越多研究表明，生物材料表面的微纳米形貌及其化学特征能有效调控细胞的成骨活性。然而，传统的三维打印陶瓷支架的表面改性主要基于水热法、有机模版法等化学方法，这种非生物调控的矿化过程不利于晶体尺寸与结晶度的控制，从而限制了其生物学效应的高效发挥。

研究团队利用产脲酶菌的代谢作用在陶瓷材料表面诱导出均匀的生物矿化层。微生物在陶瓷材料表面构建的纳米碳酸钙矿物明显抑制了硅酸钙陶瓷的快速降解，并对骨髓间充质干细胞的粘附、铺展、增殖、迁移和分化等细胞生物活性具有更好的促进作用。在皮下植入和大块骨缺损修复动物实验中，经微生物催化的生物材料具有良好的生物相容性，表现出显著的促骨组织再生活性。

除了用于骨组织再生，这种微生物与组织工程相结合的策略，还为生物医学材料的制备提供了新思路。(记者王春)