金刚狼成真了？从漫画走向现实，科学家通过注入纳米钛金属刺激骨骼生长

原创 BioWorld Bio生物世界

撰文：nagashi

相信大多数读者大家对漫威并不陌生，在漫威宇宙中，有数千位角色，数十位超级英雄，其中钢铁侠、蜘蛛侠和美国队长等角色形象更是塑造得极为深入人心。

在这些超级英雄中，金刚狼具有非常高的知名度，他是漫威旗下X战警团队中最受欢迎的形象之一，同时也是人气最高的变种人角色。在漫画的故事设定里，金刚狼被注入艾德曼合金，手上的骨爪被无坚不摧的钢爪所取代，从此具有无坚不摧的能力。

正常来看，金刚狼的故事似乎是不可能实现的，然而，科学的进步正在让原本只能在漫画何电影中存在的奇思妙想逐渐变成现实。

近日，英国格拉斯哥大学工程学院生物医学工程部的研究人员在美国化学学会旗下期刊 ACS Applied Materials & Interfaces 上发表了题为：Nanopatterned Titanium Implants Accelerate Bone Formation In Vivo 的研究论文。

此项研究描述了一种用二氧化钛制作三维（3D）表面的新技术，以此模拟人工关节界面的骨生长。这为提高骨科植入物的成骨能力提供了一种可行的途径，潜在地减少了手术后的愈合时间，延长了现有人工关节的寿命。

关节成形术，是当今最常见的手术之一，随着平均寿命的增长，手术数量也在不断增加。目前，关节置换手术仍有诸多局限性，包括术后需要长时间的康复，以及如果植入物失败则需要进行翻修手术。

之前的研究表明，改变钛的表面可以刺激骨骼生长，然而，在非平面表面上形成最能有效刺激骨骼生长的纳米特征是一件很困难的事情。

在此项研究中，研究团队开发了一种用氧化钛溶胶凝胶（titanium oxide sol-gels）在三维钛表面刻画图案的方法，然后对其进行退火，从而在其表面附着上高15-20nm、直径100nm的柱状纳米形貌。

这种方法的一个关键特征是使用无序柱阵列——这之前已经被证明可以诱导整合素聚集，使骨干细胞锚定在细胞外基质上并刺激它们产生骨质。

紧接着，研究人员在一系列实验中对纳米钛表面进行了表征，并研究了纳米钛表面在界面处加速骨形成的能力。他们发现，与无图案、平坦的纳米钛表面相比，无序的纳米颗粒表面增加了骨组织的形成，增强了骨质矿化。

更令人惊讶的是，在小鼠模型中诱导28天后，通过检索样本，研究团队发现纳米钛表面修饰的骨骼干细胞的成骨基因诱导量增加了20倍之多！这表明溶胶-凝胶纳米修饰方法为未来临床骨科植入物的转化提供了一条很有前途的途径。

总而言之，此项研究演示了如何通过创新的纳米技术提高骨科植入物的成骨能力。当然，本研究仍处于初步阶段，具有一定的局限性，比如植入物仅在小鼠模型中进行了相对较短的体内研究（28天），后续工作需要探究这一方法对骨科植入物的耐久性和愈合时间的影响。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.0c10273

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