Forscher entwickeln piezokatalytisch induziertes, steuerbares Mineralisationsgerüst mit knochenähnlicher Mikroumgebung

Inspiriert von der Natur entwickelten die Forscher eine piezokatalytisch induzierte, kontrollierte Mineralisierungsstrategie unter Verwendung von piezoelektrischen Polymerfasern aus Poly-L-Milchsäure (PLLA) mit geordneten Mikro-Nanostrukturen, um biomimetische Gerüststrukturen für die Gewebezüchtung mit einer knochenähnlichen Mikroumgebung (pcm-PLLA) herzustellen, in denen die PLLA-vermittelte piezoelektrische Katalyse die In-situ-Polymerisation von Dopamin förderte und anschließend das kontrollierbare Wachstum von Hydroxylapatitkristallen auf der Faseroberfläche regulierte.

Ihre Studie ist veröffentlicht im Journal Wissenschafts-Bulletin.

PLLA-Fasern, Analoga mineralisierter Kollagenfasern, wurden orientiert angeordnet und bildeten schließlich eine knochenähnliche, miteinander verbundene Porenstruktur. Darüber hinaus verfügten sie über knochenähnliche piezoelektrische Eigenschaften. Die durch kontrollierte Mineralisierung gebildeten HA-Nanokristalle gleichmäßiger Größe boten eine knochenähnliche mechanische Festigkeit und chemische Umgebung.

Das pcm-PLLA-Gerüst konnte endogene Stammzellen schnell rekrutieren und ihre osteogene Differenzierung fördern, indem es Zellmembran-Kalziumkanäle und PI3K-Signalwege durch ultraschallreaktive piezoelektrische Signale aktivierte. Darüber hinaus bot das Gerüst auch eine geeignete Mikroumgebung, um die Polarisation und Angiogenese von Makrophagen M2 zu fördern und so die Knochenregeneration bei Schädeldefekten von Ratten zu verbessern.

Die vorgeschlagene vielschichtige bionische Strategie für natürlichen Knochen bietet eine neue Idee für die Entwicklung von Gerüststrukturen für die Knochengewebetechnik.

Das Forschungsteam wurde von Dr. Zhou Li (Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinesische Akademie der Wissenschaften) und Chunying Chen (Nationales Zentrum für Nanowissenschaft und Technologie) geleitet.