微晶纤维素与硼酸功能化水凝胶促进骨髓干细胞分化的研究：生物相容性、血液相容性与蛋白吸附特性

本文推荐一种通过溶胶-凝胶技术合成的二氧化硅基水凝胶，经微晶纤维素(MCC)和硼酸(BA)功能化后显著提升骨髓干细胞(BMSCs)成骨分化能力。最佳配比MCC10-BA水凝胶具有471.126 m2/g比表面积和106.42 kPa压缩模量，其69.11%游离血红蛋白值证实血液相容性，碱性磷酸酶(ALP)、骨桥蛋白(OPN)和骨钙素(OCN)基因表达上调证实成骨诱导效果，为骨组织工程提供新型功能化支架材料。

　　

Highlight

材料

采用Sigma Aldrich的硅酸四乙酯(TEOS)作为硅源，Merck提供的盐酸(HCl)和氨水(NH₄OH)作为催化剂，Supelco的乙醇(EtOH)、硼酸(H₃BO₃)和微晶纤维素(MCC)作为功能化试剂，构建具有生物活性的三维网络结构。

合成与功能化

通过精确调控溶胶-凝胶工艺参数，在酸性条件下实现TEOS水解缩聚，引入MCC增强机械强度，BA提供成骨诱导信号。如图1A所示，功能化过程形成均匀的有机-无机杂化网络，各组分配比经系统优化后确定MCC10-BA为最佳组合。

表征分析

氮气吸附测试(图1B)显示功能化水凝胶具有471.126 m²/g的超高比表面积和0.243 cm³/g的微孔体积，这种多级孔结构为细胞粘附增殖提供理想物理微环境。压缩测试证实106.42 kPa的力学性能接近松质骨要求，溶胀行为分析显示pH响应特性。

结论

本研究创新性地将MCC的机械增强特性与BA的生物活性相结合，通过简便的溶胶-凝胶法制备出具有成骨诱导功能的水凝胶支架。该材料不仅满足骨组织工程对孔隙率和力学性能的要求，其上调ALP、OPN和OCN基因表达的能力证实了优异的成骨分化诱导效果，为临床骨缺损修复提供了新型解决方案。