【背景介绍】
骨膜是覆盖在骨外表面的致密组织膜，由于其成骨和血管生成性质，骨膜是骨骼重建的关键。 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。
香港理工大学赵昕与*京大南**学医学院赵远锦团队 开发了 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。作者开发了 具有精致表面纹理的材料，以构建具有粘性的 Janus 骨膜 （图 1）。首先在 Janus 骨膜一侧模制了模仿壁虎脚垫的纤维状阵列（直径为 2 µm，高度为 4 µm），用于组织粘附。这种纤维状阵列尺寸已被证明能够与周围组织产生强大的摩擦力和粘附力。然后雕刻出类似于 Janus 骨膜另一侧天然骨膜的解剖学地形表面纹理的微槽图案（间隔为 40、80 和 120 µm）。这些微槽图案已被证明能够通过调节细胞形态和细胞黏着斑 (FA)且无需借助生长因子来刺激成骨和血管生成。为了进一步增加组织的粘附性，尤其是在生理潮湿环境下，作者通过一步浸涂固定受贻贝启发的富含儿茶酚的聚（多巴胺甲基丙烯酰胺-共-甲基丙烯酸羟乙酯）（PDMH）共聚物来修饰骨膜表面。粘附的邻苯二酚基团可以通过氢键、π-π相互作用和硫醇还原与组织形成强键。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。
【主图导读】
图1，具有各向异性组织粘附和用于骨再生的解剖结构的仿生 Janus 骨膜示意图。 骨膜由受贻贝启发的 PDMH 共聚物涂层 PGLADMA 基质组成，该基质雕刻有受壁虎启发的纤维状刚毛阵列和模仿微槽图案的骨膜。
图2，粘性 Janus 骨膜的制备和表征。 A)光交联辅助注射成型技术制造 Janus 骨膜。粘合剂Janus 骨膜不同微槽宽度的 SEM 图像包括B) 40、C) 80 和 D) 120 µm，E)粘附表面上的纤维阵列的微槽图案表面。F) XPS 光谱和 G)裸 PGLADMA 和具有不同 PDMH 浓度的 PDMH 涂层 PGLADMA 的XPS光谱。
图3，Janus 骨膜粘附强度的表征。 A)剪切和正常粘附强度测试方案。B) 将各向异性骨膜应用于新鲜骨，可承受 800g的重量。C) 干燥条件下剪切(Ci) 和正常 (Cii) 粘附强度的量化。D) 湿条件下剪切 (Di) 和正常 (Dii) 粘附强度的量化。
【总结】
作者开发了一种仿生的Janus骨膜，具有各向异性的表面粘附和用于骨再生的解剖模式。由此产生的 Janus 骨膜与壁虎足的纤维状刚毛阵列、贻贝的粘附蛋白以及天然骨膜的解剖学地形微槽图案相结合。这种骨膜呈现出各向异性的粘附性，在干燥和潮湿条件下均具有强剪切力和正常粘附性，并且在体外和体内同步成骨和血管生成的有效细胞调节。各向异性骨膜具有优异的组织粘附力和新骨和新生血管再生能力，具有临床骨缺损再生的巨大潜力。
参考文献：doi.org/10.1002/adfm.202104636
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