人工骨膜已成为一种新的骨愈合策略。人们已经在努力开发具有良好成骨和血管生成性能的新型骨膜替代品。然而，骨膜替代品在移植中的临床应用受到材料难以获得、复杂的制备工艺和严格的储存条件的限制。

因此研制一种结构和功能上都能模拟天然骨膜的人工骨膜材料逐渐成为近年来的研究热点。近日，南京中医药大学吴皓教授团队通过研究成功将乌贼骨有机质膜作为一种易于获得的人工骨膜，并且具有良好的生物活性、生物降解性和生物安全性。

骨膜

由特化的结缔组织组成，通过胶原纤维附着在皮质骨的表面，成为一层薄而坚韧的膜，包括纤维层和生发层，起固定、营养及保护作用，还能参与骨的再生和修复。

骨膜作为祖细胞和生长因子的存储部位及募集性支架，在临界大小骨缺损的再生中起着重要作用，具有募集多个细胞、加速血管网络重建和引导骨组织再生的功能。然而，这些功能不能简单地通过材料结构设计模拟骨膜或通过加载外源性细胞因子来实现。

人工骨膜材料

基于骨膜组织特性运用工程学方法人为构建出的新型功能性骨膜材料。目前，人工骨膜主要由细胞片、脱细胞真皮、电纺纤维和水凝胶制成；然而，这些人工骨膜由于与骨骼的粘附性有限，在植入过程中需要额外固定缺损部位，这也可能导致其抑制软组织向内生长，并阻碍骨折伤口形成疤痕。此外，这些人工骨膜中与天然骨膜的内在生物学功能（例如，成骨和血管生成）并不相似。直接掺入生物分子（例如，生长因子）也存在释放无法控制的副作用（如致癌性）。这需要具有强组织粘附力的人造骨膜，以避免固定程序并防止疤痕组织向内生长，以及在不涉及生物大分子的情况下同步成骨和血管生成，以增强骨再生。

将乌贼有机质膜作为骨膜替代物

植入式生物材料可引起机体的免疫反应，如过敏、疼痛或异物感，增加患者生理和心理上的负担。为了骨缺损愈合，创造具有良好成骨活性、生物降解性和生物安全性的人工骨膜至关重要。

近日，南京中医药大学吴皓教授团队在Advanced Functional Materials 上发表了题为“Cuttleb one-Derived Or ganic Matrix: A Facile PeriosteumSubstitute for Bone Regeneration"的研究性论文。吴皓教授和刘睿教授为共同通讯作者，韦源青博士为文章的第一作者兼通讯作者，硕士研究生踞苗苗为共同第一作者。该研究将乌贼骨有机质膜作为一种易于获得的人工骨膜，具有良好的生物活性、生物降解性和生物安全性。

1、乌贼骨有机质膜表征

刻蚀乌贼骨中的碳酸钙得到乌贼骨有机质膜（(CDOM)，根据CDOM的宏观图像和SEM的表征，膜具有相似的表面形貌，J顶部有"S"向凹槽，相邻鬲柱之间的距离为87±12 um，为细胞增殖提供了一个合适的区域。膜的反面比正面更光滑，而且两侧均有纳米孔，可供小分子运输。FTIR光谱分析证实，多糖和蛋白质是CDOM的主要成分。膜表面的"S"型凹槽增加了CDOM膜的粗糙度，改善了亲水性，更有利于愈合过程中细胞的黏附。由于多糖和蛋白质赋予CDOM生物降解能力，CDOM的力学性能相对较弱。

2、生物相容性

研究者对CDOM的生物相容性进行了评价。从骨架染色来看，在CDOM-EDTA表面生长的细胞有伪足状的触角，贴附牢固，细胞形态良好，细胞扩散面积更大。CCK-8实验结果表明，各组CDOM均可以促进rBMSCs和HUVEC细胞增殖。由此可见，CDOM具有较高的生物相容性，可为骨愈合提供了一个良好的仿生微环境。

3、体外成骨成血管活性评价

接下来，研究者对CDOM在体外促成骨和促血管生成的作用进行了评估。结果表明CDOM可以增强rBMSCs细胞在成骨过程中ALP活性。此外，采用体外血管生成实验来评估CDOM的促血管生成能力。培养6小时后，所有CDOM组均观察到清晰的网状血管结构。VEGF蛋白表达增加进一步证明CDOM具有良好的体外成血管活性。

体外成骨成血管评价显示CDOM具有良好的的生物活性，作者根据实验结果推测CDOM-EDTA通过激活MAPK/ERK和PI3K/Akt信号通路来促进成骨和血管生成。MAPK/ERK信号通路的激活可能与CDOM表面结构以及CDOM膜中降解的活性肽有关。

4、体内成骨成血管活性评价

研究者选用临界大小的大鼠颅骨缺损模型来评估CDOM的体内治疗效果。植入4周和8周后，CDOM-EDTA组的新骨面积明显大于对照组，骨密度(BMD)和骨组织体积/总组织体积（BV/TV)值与对照组相比也具有显著性差异，这意味着CDOM-EDTA特殊的表面微结构及其主要成分可以促进骨愈合。H&E染色和Masson三色染色结果显示，与其他组相比，CDOM-EDTA组在术后4周和8周的新骨结构数量最多，纤维结缔组织数量最少，成骨量最大。骨缺损部位的OCN、α-SMA免疫荧光染色进一步肯定了CDOM的成骨成血管活性。

5、总结

该研究设计了新的骨膜替代品，并评价了其生物活性和生物安全性。通过从乌贼骨中蚀刻碳酸钙，制备了CDOM。CDOM由多糖和蛋白质组成，在结构上具有"S"型的凹槽，具有促进成骨和血管生成的作用。尽管CDOM在机械性能方面存在局限性，但其生物降解性和生物安全性使其成为骨缺损再生临床应用的良好候选材料。

我国对人工骨膜材料的其他研究成果

1、2021年，常文辽在中国组织工程研究杂志出版发表文章：人工骨膜的材料选择、理论设计及生物仿生功能。对目前人工骨膜材料的研究进展及其在临床治疗中的应用前景进行综述。

得出结论：人工骨膜通过支架、细胞、因子3大要素模拟天然骨膜的结构和功能，为骨膜组织修复及骨再生的临床治疗提供了一种新的可能。目前人工骨膜主要可分为细胞片层类骨膜材料、脱细胞支架类骨膜材料及人工合成支架类骨膜材料。细胞片层类人工骨膜材料制备较简单，是较早投入临床使用的组织工程骨膜材料；脱细胞支架类人工骨膜可最大限度地保留其天然结构或成分；人工合成支架的材料来源丰富且便利，同时具有较低的免疫反排斥应发生率。这些人工骨膜材料均展现出良好的促骨修复效果。然而，目前对于人工骨膜结构和功能的仿生研究还处于起步阶段，在材料选择、理论设计等方面仍需进一步提高，以使其在生物仿生功能方面更加成熟。

2、2021年，香港理工大学赵昕与南京大学医学院赵远锦团队开发了具有精致表面纹理的材料，以构建具有粘性的 Janus 骨膜，

该材料是：可光交联的聚（丙交酯-共-丙二醇-共-丙交酯）二甲基丙烯酸酯（PGLADMA）。

这种聚合物最初是流动的，可以在曝光几秒钟后固化。固化的 PGLADMA 表现出优异的机械性能（杨氏模量≈19 MPa），浸水后不溶胀，这允许制造复杂的结构。加上其生物相容性，与聚（乙二醇）二丙烯酸酯或明胶甲基丙烯酰水凝胶相比，PGLADMA 在人造骨膜的制造方面更为优越。

这是第一项调整材料表面结构以将强大的组织粘附和有效的细胞命运调节整合到一个骨膜中的研究。Janus 骨膜在干燥和潮湿条件下紧密粘附在天然骨骼上，还可以在体外和体内显着促进成骨和血管生成。这些独特的功能使Janus 骨膜非常适合骨再生，并赋予其强大的临床治疗功效。相关论文以题为Sculpting Bio-Inspired Surface Textures: An Adhesive JanusPeriosteum发表在《Advanced Functional Materials》上。

3、2022年8月，华南理工大学陈晓峰教授等提出了一种仿生骨膜制备策略，使用多巴胺改性明胶和氧化透明质酸（GA/HA）制备具有骨组织自粘功能和类似细胞外基质的仿生骨膜，并将微/纳米生物活性玻璃（MNBG）进一步掺入水凝胶中，以制备有机/无机共交联水凝胶膜（GA/HA-BG）。

GA/HA-BG复合水凝胶骨膜对骨组织具有良好的粘附性，并在骨缺损区域形成稳定的屏障。此外，Ca2+和SiO4−离子的释放加速了缺损区域的血管生成，并产生了有利于间充质干细胞粘附、增殖和成骨分化以及新骨进一步重建的微环境，从而诱导临界尺寸骨缺损的愈合。相关论文“Self-Adhesive Hydrogel Biomimetic Periosteum to Promote Critical-Size Bone Defect Repair via Synergistic Osteogenesis and Angiogenesis”于2022年8月4日发表在杂志《ACS AMI》上。

文章来源： 高分子科学前沿，高分子材料科学，中国组织工程研究杂志，EngineeringForLife