近年来国内外对组织工程支架材料的研究甚多，进展也快，但还没有找到一种无论是在结构，还是在功能上都理想的支架材料。纳米级结构材料所展示出的优异特性，使其在骨组织工程领域产生了十分诱人的应用前景。
许多学者正致力于复合纳米材料在骨组织工程支架应用方面的研究。传统的复合材料是将无机成分与有机成分通过掺混、研磨后在一定温度、压力条件下溶混压制而成的，与天然骨基质相比，存在分散不均匀，无机物与有机物之间缺乏足够的相互作用力等缺陷。因此，模拟自然骨发生过程的仿生纳米材料可能会成为组织工程化骨的发展方向。
在组织工程化骨的研究领域中，支架材料与细胞的相互作用一直是主要的课题。研究材料对细胞生物学性能的影响和骨细胞与材料间的相互关系，有可能直接反映材料对骨修复的有效性。单纯纳米材料在骨缺损修复过程中仅起支架和骨传导作用，不具备骨诱导能力。各种体内因素如应力、微电流、生长因子等具有良好的骨诱导作用，在与纳米材料的结合中会发生怎样的结局呢？
不断有报道认为纳米颗粒确实存在生物毒性，但仍缺乏对其细胞毒性系统而深入的认识，以至于无法对纳米颗粒的潜在危险做出准确评估，即无法回避应用风险。开展对纳米技术中的核心问题纳米颗粒的生物毒性和细胞生物学作用方面的研究该是解决纳米材料应用安全性的关键环节。
本期专题介绍的10篇文章，分别从纳米骨组织工程支架材料的制备、对体外细胞生物学性能的影响，以及纳米材料应用于动物体内修复骨缺损的安全性能等方面作了有益的探索。
气电纺纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维支架对大鼠骨髓基质细胞成骨分化的影响
管东华
广东省口腔医院?南方医科大学附属口腔医院修复科，广东省广州市510280
广东省医学科学技术研究基金资助(B2009029)；四川省2008年科技计划项目(2008SG0020，2008JY0024-2)
推荐理由：利用静电纺丝技术制备的纤维支架材料具有类似于细胞外间质的形态和结构，且其独特的生产工艺可以很便捷的将功能性纳米颗粒复合入高分子纤维内，在制备组织工程支架方面具有独特的优势。
课题组选取具有优良组织相容性及生物降解性的微生物合成聚羟基丁酸酯作为高分子基质材料，将纳米羟基磷灰石与之复合，首次利用气流-高压静电纺丝技术制备了新型纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维支架。选择大鼠骨髓基质细胞作为种子细胞，通过检测大鼠骨髓基质细胞内碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原蛋白及骨钙素的mRNA表达来反映支架材料对大鼠骨髓基质细胞成骨分化的影响。
实验结果表明将纳米羟基磷灰石与聚羟基丁酸酯复合，采用气流-高压静电纺丝技术制备的纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维支架具有较气电纺纯聚羟基丁酸酯纤维支架更加优异的理化性能和生物学性能，有望用作骨组织工程支架材料。从而证实了气流-高压静电纺丝技术仿生制备骨组织工程支架的可行性，以及将纳米羟基磷灰石作为功能无机相与有机高分子复合构建骨组织工程支架材料的有效性，为生物材料的仿生设计和制备提供了新途径、新思路，见2009年47期9277-9281页。
聚L-乳酸/聚L-乳酸接枝的纳米羟基磷灰石复合材料对成骨细胞黏附和増殖能力的影响
邵英
吉林大学第一医院整形外科，吉林省长春市 130021
国家自然科学基金面上项目（30670563）
成骨细胞在PLLA/PLLA-gHA材料表面培养24h后黏附形态(扫描电镜)。
推荐理由：吉林大学第一医院整形外科与中科院长春应用化学研究所合作，首次研制出具有独立知识产权的聚L-乳酸接枝修饰的纳米羟基磷灰石材料（PLLA-gHAP），并与PLLA材料再聚合制成PLLA/PLLA-gHAP复合材料。实验选用原代培养的鼠胚成骨细胞与PLLA/PLLA-gHA共同培养，并与PLLA相比较，研究材料对成骨细胞黏附、增殖功能的影响，从体外细胞学角度评价该复合材料的成骨细胞相容性，为临床应用提供实验依据，见2009年34期6617-6621页。
假体表面改性和材料纳米化对骨质疏松骨床中假体骨整合的影响
陈柏龄
中山大学附属第一医院骨科，广东省广州市 510080
广东省科技计划基金项目资助（2007B312004）
骨质疏松+光滑表面纳米羟基磷灰石组骨整合情况(Masson染色，×2)
推荐理由：既往研究表明：无论在体外还是在体内，最先与组织细胞直接接触并发生作用的是假体材料表面，其特性对成骨细胞的附着、骨结合的促进起重要作用。因此，假体材料表面修饰是提高材料骨整合最经济有效的方法。近年来纳米新型材料及假体表面改性技术在骨科领域的应用不断扩大，并获得良好的骨性固定效果，有望成为解决骨质疏松骨床中假体松动、移位及下沉问题的重要途径。但在促进假体表面骨整合效果方面，纳米羟基磷灰石材料本身的特性更优？还是假体表面改性的作用更大？
实验旨在通过切除大鼠卵巢的方式建立骨质疏松动物模型并运用先进的骨组织形态学计量学检测，观察材料纳米化和假体表面改性的羟基磷灰石假体周围骨床骨量，测量假体与骨界面的联结程度。结果显示在骨质疏松条件下，假体表面多孔化可显著提高假体-骨界面结合程度、促进假体骨整合，而相比之下，纳米羟基磷灰石假体光滑表面阻碍了假体与骨的结合。光滑表面的纳米羟基磷灰石假体未能发挥纳米级羟基磷灰石的优势；在影响骨整合方面，假体的表面性状比假体材料本身特性更重要。本研究在国内率先对比材料纳米化与表面改性与骨整合的相关性，研究成果为更好地促进假体骨整合提供有益的参考和新的途径，见2009年25期4811-4814页。
纳米羟基磷灰石颗粒能够影响大鼠腹腔单核巨噬细胞的凋亡吗？
丁婷婷
上海交通大学医学院附属第九人民医院/上海生物材料研究测试中心，上海市口腔医学重点实验室，上海市 200023
国家自然科学基金项目(30470479)；上海市科委项目（08DZ2291600，0752nm026）；上海市重点学科建设项目（S30206）
M:marker；1：100mg/L HAP NPs；2：20 mg/L HAP NPs；3：Negative
不同质量浓度纳米羟基磷灰石诱导后单核巨噬细胞P53蛋白的表达
推荐理由：羟基磷灰石被认为是一类生物学性能稳定、纳米颗粒制备工艺相对较成熟的生物材料，已应用于载药体系制取、组织工程支架材料和硬组织修复材料的改良制备等。然而，当这类陶瓷材料制成纳米颗粒后是否同样具有良好的生物安全性？
实验以纳米羟基磷灰石颗粒为对象，从细胞及分子水平上探讨纳米羟基磷灰石对单核巨噬细胞的凋亡效应，结果显示纳米羟基磷灰石颗粒能够通过蛋白磷酸化上调P53蛋白的表达，从而启动下游相关基因，最终导致细胞凋亡。为建立灵敏、有效和科学的分子生物学新技术来评价纳米颗粒的生物毒性提供依据，从而从根本上评价纳米颗粒的生物安全性，见2009年51期10093-10096页。
新型纳米仿生骨材料植入体内后的降解性能
陈建洪
中山大学附属第三医院口腔科，广东省广州市 510630
广东省科技计划项目（2005B30901010），广东省医学科研基金（A2003049）
推荐理由：现有的骨植入材料仍存在诱导新骨生成速率与材料本身的降解速率不一致，材料不能完全降解而成异物存留体内的缺点。实验在溶胶-凝胶过程中引入有机组分3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚物，通过共价键或氢键等化学键与无机组分溶胶-凝胶生物活性玻璃结合，得到纳米级复合无机/有机杂化材料。
实验结果显示该纳米复合多孔支架材料具有很好的生物降解性，降解速度快，植入动物体内后12周，材料基本已完全降解。材料在生物降解的同时，具有很好的骨形成能力，见2009年25期4977-4980页。
纳米羟基磷灰石/胶原复合材料结合血管内皮生长因子修复兔桡骨缺损
宋坤修
中南大学湘雅二医院骨一科，湖南省长沙市 410011
HAC/VEGF组显示成熟的板层骨，可见成熟的哈弗氏系统以及破骨细胞引起的骨吸收
推荐理由：实验采用纳米羟基磷灰石和胶原复合的方法制作成人工骨，其成分构成类似骨组织。纳米羟基磷灰石/胶原复合材料模仿了天然骨的成分和微结构特征，植入人体后，能与宿主骨胶原蛋白末端的氨基或者结合，形成具有生物活性的化学结合界面，使该材料本身便具备与骨键合的能力。纳米羟基磷灰石/胶原复合材料通过利用纳米技术和三维造孔技术，具有与天然松质骨类似的三维孔洞网络结构，由于它的比表面积增大，有利于微小血管、纤维结缔组织的长入及营养和代谢产物的输送，引导成骨细胞的爬行，促进新骨的沉积。
实验结果表明，纳米羟基磷灰石/胶原复合材料与血管内皮生长因子复合骨具有良好的诱导成骨作用，使骨细胞增生活跃，骨折愈合加快，可作为一种新型复合人工骨修复骨缺损，见2009年34期6624-6628页。
活性胶原基纳米骨修复下颌骨缺损的组织学检测
宁博强
南方医科大学珠江医院整形外科，广东省广州市 510280
国家自然科学基金“仿生骨再生植入材料的相关科学问题研究”（50830102）
术后20周时活性材料组宿主骨-植入材料界面区光镜观察（苏木精-伊红染色，×400）
术后20周时活性材料组光镜观察（Masson 三重染色，×400）
术后20周时活性材料组扫描电镜观察
推荐理由：由清华大学崔福斋教授领导研制的胶原基纳米骨，是基于仿生观念制成的骨替代材料，其采用仿生制备的方法，以提纯并去抗原的Ⅰ型胶原为模板，在钙-磷盐溶液中调制矿化，矿物相为晶体尺寸纳米量级的含有碳酸根的羟基磷灰石。此材料孔隙率70%，孔隙大小50~300μm左右，在成分和结构上都与天然骨具有较大的相似性，而且该材料具有优良的生物相容性和生物可降解性。
实验表明活性胶原基纳米人工骨材料具有优异的骨传导性，当植入缺损后新生骨组织可在这种支架上进行爬行替代性生长，一定程度上起到缩小缺损尺寸的作用。多孔结构有利于结缔组织及微血管的长入。复合了重组人骨形态发生蛋白2的活性材料充分发挥了活性胶原基纳米人工骨自身的骨传导作用和重组人骨形态发生蛋白2的骨诱导作用，加快新骨形成及编织骨向板层骨过渡，缩短骨愈合期，见2009年21期4049-4054页。
脉冲电刺激对改性纳米羟基磷灰石/聚丙交酯-乙交酯复合材料表面成骨细胞增殖及成骨活性的影响
于婷
中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室，吉林省长春市 130022；吉林大学公共卫生学院营养与食品卫生教研室，吉林省长春市130021
国家自然科学基金资助项目（50673090）；国家“八六三”计划（2007AA03Z320）
推荐理由：利用骨组织工程的原理与技术诱导成骨系细胞的增殖分化，并生成活体骨用于骨组织的修复和再生，有望对大面积骨缺损进行修复。各种体内因素如应力，微电流，生长因子等对骨细胞的生长有重要影响，在培养过程中模拟细胞在体内的生长微环境是骨组织工程发展的方向。电学环境是骨生长的重要微环境之一，微电刺激在骨组织工程中的应用有重要意义。
实验通过施加2V、1Hz、100ms的脉冲电刺激后，与单纯聚丙交酯-乙交酯相比，成骨细胞在低聚乳酸接枝纳米羟基磷灰石/聚丙交酯-乙交酯复合骨修复材料表面的增殖能力有了明显的提高，并且能上调骨形态发生蛋白2、Ⅰ型胶原蛋白、骨连接蛋白的表达量，显著提高了材料的成骨能力，表明该复合材料是一种很好的骨修复材料，脉冲电信号刺激为今后人工控制和调节骨生成，刺激成骨相关因子分泌提供借鉴，在加快组织工程中骨生长，缩短骨整合时间研究方面具有广阔前景，见2009年16期3065-3069页。
纳米羟基磷灰石/壳聚糖-明胶复合微球的制备及性能
黄大建
北京工业大学材料科学与工程学院，北京市 100124
国家自然科学基金资助项目(50602002)
复合微球的光学显微镜图像
推荐理由：羟基磷灰石与高分子复合材料作为组织工程材料的报道很多，但多为粉体材料或块状材料。但粉体作为骨修复材料注入时，由于彼此堆积紧密，可能在治疗过程中会出现不良反应；而块体材料在对于微创修复治疗时有其应用上的局限性。
实验利用乳化-交联法制备了羟基磷灰石/壳聚糖-明胶复合载药微球，作为骨修复材料应用时既克服了粉体材料的密堆积，又可以在微创修复时使用，同时装载的抗生素药物可以防止骨伤的感染。因此可以作为一种潜在的具有多功能的骨修复材料，见2009年16期3097-3100页。
纳米羟基磷灰石/聚酰胺66颈前路减压后前方骨缺损用仿生髂骨的制备及性能
周银银
南京航空航天大学材料科学与技术学院材料科学与工程系，江苏省南京市 210016
推荐理由：采用水热反应法制备的纳米羟基磷灰石具有高的比表面和表面能态，同时加入活性物质又起到表面修饰的作用，而聚酰胺66为极性的有机大分子，故两者之间更容易发生化学键合，提高了材料的界面性能。采用冷压成型，在氩气气氛下烧结制备出仿生髂骨，样品表面无氧化现象，里外成分均一，这对于生物力学性能的提高也具有重要作用。
课题组采用溶液共混复合法制备出纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合粉体，通过调节纳米羟基磷灰石/聚酰胺66的比例，得到一系列与人体颈椎骨力学性能相匹配的仿生复合材料。采用冷压成型、氩气气氛烧结的方法制备出仿生骨块，比较正常颈椎骨、仿生骨块、髂骨植骨的生物力学性能。
结果显示仿生髂骨在载荷-应变变化、载荷-位移变化、应力强度方面的生物力学性能都优于髂骨植骨，仅次于正常颈椎骨，特别是在载荷-位移方面甚至超过正常颈椎骨，由此可以推断仿生髂骨是一种理想的颈椎替代材料，见2009年38期7455-7458页。