文献信息

四川大学华西口腔医院，口腔疾病国家重点实验室等团队的研究成果“Piezoelectric Porous Stereocomplex Poly(lacticacid) Empowers Bone Substitutes for Accelerated Vascularized Bone Regeneration”（压电多孔立构复合聚乳酸改性骨支架用于加速血管化骨再生）在学术期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（IF=7.84）上发表。平生公司的小动物离活一体CT（型号：NEMO）产品在论文中提供了重要的大鼠颅骨CT图像和定量分析。

第一作者为田雨婷、通讯作者为胡涛教授。

文献摘要

现有骨替代材料成骨、促血管生成能力不足，使得骨缺损的临床治疗仍存在诸多难题。研发一种功能性改性介质，赋予骨替代材料优异的骨诱导活性与促血管生成潜能，有望成为改善骨修复效果的有效策略。在此背景下，压电生物材料可在机械载荷作用下产生内源电信号，从而调控骨组织再生，是极具应用前景的候选材料。本文构建了一种可生物降解聚乳酸（PLA）材料：通过立构复合结晶与多孔结构调控赋予其优异压电性能，依靠自供电电刺激提升骨替代材料的修复效能。体外实验结果表明，多孔立构复合聚乳酸（SC-PLA）与羟基磷灰石（HAp，骨骼主要无机组分）复合可优化成骨微环境，在机械振动刺激下显著促进成骨与血管生成。为进一步验证多孔 SC-PLA 的功能强化效果，本研究采用临床常用 BioOss 骨粉（脱蛋白牛骨，主要成分为羟基磷灰石）开展体内动物实验。体内实验证实，多孔 SC-PLA 可显著提升 BioOss 的骨修复能力，术后 12 周骨缺损近乎完全再生，新生骨组织与天然骨结构相近，同时成骨、促血管生成相关标志物表达水平显著上调。综上，压电多孔立构复合聚乳酸可作为骨替代材料的功能性改性载体，该研究为骨组织工程提供了新的设计思路。

实验方法

实验动物与分组设计

本实验选用 30 只 10 周龄雄性 SD（Sprague-Dawley）大鼠。商用骨材料 BioOss为脱蛋白牛骨基质，羟基磷灰石（HAp）含量＞90%，其生物安全性与修复功效已在临床中得到广泛验证。因此本体内实验选用 BioOss 替代人工合成羟基磷灰石，既可提升实验结果的临床可比性，也能严谨评估立构复合聚乳酸（SC-PLA）的临床转化潜力。

实验分组设置如下

1、sSC 组：致密型立构复合聚乳酸（solid SC-PLA  2、pSC 组：多孔型立构复合聚乳酸（porous SC-PLA） 3、Bio 组：BioOss 骨粉 4、pSC/Bio 组：多孔 SC-PLA 与 BioOss 按质量比 1:1 混合 5、sSC/Bio 组：致密 SC-PLA 与 BioOss 按质量比 1:1 混合。

实验构建双侧颅骨临界骨缺损模型，缺损直径 4 mm；每只大鼠右侧缺损植入材料，左侧缺损不作处理，设为空白对照。

手术操作流程

采用异氟烷吸入法对大鼠实施麻醉，术中持续面罩吸入异氟烷维持麻醉，将大鼠取俯卧位固定。剔除颅顶区域毛发并消毒后，沿颅顶作 2 cm 纵向切口，暴露颅骨。使用低速涡轮钻，在持续生理盐水冲洗降温条件下，沿矢状缝制备双侧圆柱形骨缺损。于大鼠右侧骨缺损处植入上述实验材料，左侧缺损作为空白对照。所有缺损表面覆盖胶原膜后逐层缝合创口。术后所有大鼠连续 3 天给予抗生素预防感染，每日观察记录大鼠整体健康状况。

Micro-CT分析

分别于材料植入后第 6、12、24 周采用微型计算机断层扫描系统（Micro-CT，型号 NMC-100，平生医疗科技有限公司）开展体内扫描，统一扫描参数：电压 80 kV、电流 70 μA、分辨率 20 μm。采集图像采用 FDK算法完成三维重建，重建矩阵尺寸 1024 × 1024 × 1024。运用 Avatar 软件（v1.6.9.3 版本）分割圆柱形感兴趣区域（ROI：直径 4 mm，高度 1.5 mm），定量检测各项成骨相关指标：骨矿物质含量（BMC）、骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）、骨小梁厚度（Tb.Th）、骨小梁分离度（Tb.Sp）。将每只大鼠右侧实验缺损检测值除以左侧空白对照缺损检测值，得到各指标标准化数值。

实验结果

骨修复效果显微 CT 分析

图 7A~C 分别展示了材料植入后 6、12、24 周颅骨缺损修复的三维重建图像与定量检测结果。致密 SC-PLA 组（sSC）与多孔 SC-PLA 组（pSC）反而会抑制骨修复，在整个观察周期内，两组新生骨区域面积均小于自身空白对照。与之相反，多孔 SC-PLA 复合 BioOss 组（pSC/Bio）可显著加快成骨进程：术后 6 周缺损覆盖度即可超 60%，12 周时缺损基本修复完毕。值得注意的是，该组骨修复效果优于单纯 BioOss 组（Bio），且组间差异具有统计学意义。持续观察至术后 24 周可见，所有组别各项骨再生指标相较于 12 周均无明显提升，说明骨缺损修复过程主要在 12 周内完成。

实验结论

本研究成功制备并表征了立构复合聚乳酸（SC-PLA）颗粒，同时系统评价了其生物学作用。结果证实，多孔 SC-PLA 可在模拟生理环境下将机械刺激高效转化为电信号。将多孔 SC-PLA 与商用骨修复材料（羟基磷灰石 / BioOss）复合能够优化成骨微环境，促进血管生成、成骨分化与矿化过程，显著提升骨缺损修复效果。上述研究结果证实了压电型多孔 SC-PLA 的骨修复效能，凸显其作为骨替代材料功能增效组分的应用潜力。综上，本研究提供了一种极具前景的新思路，用于研发新一代可利用机体生理力学信号促进骨再生的智能生物材料。

使用设备

                                  Micro CT (型号：NEMO) (平生医疗科技)

                                       影像软件：Avatar（平生医疗科技）