上海硅酸盐所在骨质疏松性骨折修复用纳米催化

来源：硅酸盐学报 【在线投稿】栏目：综合新闻时间：2021-07-08

氧化应激在骨质疏松症的发病机制中起重要作用。对相关病理条件下的骨折修复有不良影响，不利于种植体与周围骨的融合。赋予骨科植入物表面生物抗氧化功能，对于提高骨质疏松症下植入物周围成骨细胞的活性和骨再生具有重要意义。

近日，中科院上海硅酸盐研究所课题组在用于骨质疏松性骨折修复的纳米催化涂层研究取得新进展。该团队在钛植入物表面构建了载有氧化铈纳米酶的氧化钛纳米管阵列层，可有效缓解氧化应激对成骨细胞活性的损害，解决植入物在骨质疏松动物体内的成骨能力。不足的问题。相关结果发表在Chemical Engineering Journal上，标题为Titania nanocler array support nanoceria with redox Cycle Stories ameliorates oxidative stress-inhibitedosteogenesis。

该团队的研究发现，与钛负载的纳米氧化铈 (Ti-CeNPs) 相比，负载在钛氧化物纳米管阵列层上的纳米氧化铈 (TiNTA-CeNPs) 模拟了在体外（含H₂O₂的磷酸盐缓冲液）仍能保留Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原循环能力。生理环境中的磷酸盐离子很容易与CeNPs中的Ce³⁺结合，阻碍Ce³⁺和Ce⁴⁺循环之间的可逆性。然而，由于Ti³⁺与TiNTA表面磷酸盐之间的配位交换，磷酸根离子与Ce³⁺的结合受到抑制，从而保留了TiNTA-CeNPs循环抗氧化功能。同时，研究团队还建立了TiNTA-CeNPs缺陷能带结构与抗氧化酶活性的构效关系，发现TiNTA禁带中与氧空位相关的缺陷态能级-CeNPs (E_SDS) 超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)催化反应中氧化还原电位的匹配程度可以显着影响材料的类酶活性。

团队在骨质疏松性骨缺损动物模型中进一步研究了纳米催化生物涂层对氧化应激下成骨细胞活性和促进骨再生的保护作用和机制，发现其具有高TiNTA -CeNP2具有CAT模拟活性和低芬顿样活性，可显着降低氧化应激下成骨细胞中活性氧（ROS）的含量，保护成骨细胞的活性和分化能力免受氧化损伤。此外，TiNTA-CeNP2能有效减少骨质疏松大鼠种植体周围组织氧化物质的产生，减少炎性纤维组织的产生，更好地促进骨再生。

以上研究工作得到了国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会的支持。