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文章背景简介   

BACKGROUND INTRODUCTION

锌（Zn）是人体必需的微量元素，在体内的相对丰度仅次于铁（Fe）。锌的一个至关重要的生化功能在于其能够作为辅酶因子和蛋白质的活性中心，因此是调节酶活性和大分子化合物的核心元素。锌在软硬组织的形成和发育、免疫调节、血管生成以及随后组织缺陷的自我修复激活中起着至关重要的作用。近年来，由于研究发现锌还具有刺激血管生成和调节免疫反应的能力，因此很多研究将锌作为一种重要成分加入到组织修复材料中。

生物活性玻璃（bioactiveglass，BAG）是一类能对机体组织进行修复、替代与再生、具有能使组织和材料之间形成键合作用的材料。生物活性玻璃的降解产物能够促进生长因子的生成、促进细胞的繁衍、增强成骨细胞的基因表达和骨组织的生长。它是迄今为止唯一既能够与骨组织成键结合，同时又能与软组织相连接的人工生物材料。但由于玻璃材料多存在脆性大、机械强度差、易团聚且结构不可控等缺点，使其在各领域中的应用受到限制。对此，当前大多数研究主要聚焦于采用冷冻干燥法、溶胶凝胶法等将其与有机或无机材料进行混合，以改善BAG的机械性能及其脆性等，进而增加其临床应用、拓展其应用领域。

溶胶-凝胶技术可以在相对温和的条件下制备具有高比表面积(SSA)的纳米生物活性玻璃，并且制备的生物活性玻璃具有均匀的成分和可控的形状。此外，溶胶-凝胶技术制备的生物活性玻璃的网络和微观结构较为松散，这使得玻璃内部具有大量的孔隙结构和网络断点，因此生物活性玻璃在体外具有更高的离子溶解速率。大量研究表明，通过溶胶-凝胶工艺制备的生物活性玻璃在控制细胞增殖、粘附和分化方面具有显著优势。这些作用将通过其纳米级效应有助于组织再生。虽然广泛应用于各种软硬组织再生策略，但溶胶-凝胶衍生的硼硅酸盐生物活性玻璃在局部植入后，其高SSA和快速离子释放是否会引起局部高炎症反应是一个问题。此外，溶胶-凝胶衍生的硼硅酸盐生物活性玻璃的纳米效应是否会在植入后对机体的内脏器官和循环代谢带来一定的副作用，目前仍是未知的。医疗器械体外生物相容性评价的黄金标准是基于ISO 10993标准，那是一个静态的细胞培养系统。然而，考虑到生物活性玻璃的降解产物会在静态环境中积累，并且由于释放的离子浓度高不可避免地会对细胞产生细胞毒性。因此生物活性玻璃的安全性评估也面临着巨大的挑战。

为了对生物活性玻璃的生物安全性和有效性验证提供更精确和科学的见解。并将锌(Zn)掺入到溶胶-凝胶衍生的硼硅酸盐生物活性玻璃(SBSGs)中，制备出了锌掺入硼硅酸盐生物活性玻璃(SBSG-Zn)，以补充其组织修复能力和免疫调节的潜力。天津科技大学与中科院深圳先进院联合培养的2020级生物与医药专业学位硕士研究生张丽艳等人于2024年在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志（IF=8.3，JCR Q1）发表了题为“对。”的文章。文章的通讯作者是天津科技大学罗学刚教授及中科院中国科学院深圳先进技术研究院的潘浩波教授和崔旭教授。

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所用到的主要方法

METHODS   

（1）溶胶-凝胶法制备硼硅酸盐生物活性玻璃：溶胶-凝胶生物活性玻璃是由大量的粒径为几十纳米的微球组成，微球堆积间隙形成均匀分布的微孔，孔径分布在几纳米到几十纳米。缩聚过程可形成二氧化硅无机网络,水和醇的挥发造成网络的多孔性，使其具有较大的比外表积。高的比外表积和均匀分布的微孔有利于提高材料的化学反应活性和降解速度，形成较多的羟磷灰石矿物的成核位以及改善材料的组织细胞亲和性，促进有利于新骨生长的各种胶原、蛋白物质及骨细胞的附着。

（2）电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)：是一种无机多元素分析技术，利用电感耦合等离子体将样品中的原子化并电离,然后通过质谱仪对离子进行分离和检测。高温等离子体使样品去溶剂化、汽化解离和电离,质谱部分利用不同离子的质荷比差异，实现了对各种元素的准确分辨和定量分析。

（3）x射线粉末衍射(XRD)

（4）傅里叶变换红外光谱(FT-IR)

（5）场发射高分辨率透射电镜(FE-TEM)

（6）激光粒度ζ电位分析仪测试玻璃粒径

（7）比表面积法（SSA）和孔径测试仪测试玻璃的介孔结构和比表面积

（8）x射线光电子能谱(XPS)：是基于光电效应，它通过使用特定能量的X射线对样品表面进行照射，从而激活光电子，然后使用能量分析器对其进行捕获和分析，从而得到光电子能谱图。它不仅可以提供分子结构和原子价态方面的信息，还能为电子材料研究提供各种化合物的元素组成和含量、化学状态、分子结构、化学键方面的信息。

（5）哺乳动物细胞对生物活性玻璃的体外反应

（6）大鼠皮下模型中生物活性玻璃对血管生成和炎症的反应

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文章主要内容摘要

ABSTRACT 

现有ISO 10993标准测试方法并不能适应生物可降解材料（如生物活性玻璃）的评估，因为静态环境中降解产物的积累可能会导致细胞活力受损。因此，迫切需要创新的方法来定制化分析这些材料独特的生物降解特性，为生物安全性和有效性验证提供更精确和科学的见解。由于锌对血管生成和免疫的双向调节作用，本研究将其掺入溶胶-凝胶衍生的硼硅酸盐生物活性玻璃（SBSG）中，制备了含锌硼硅酸盐生物活性玻璃（SBSG-Zn），以补充生物活性玻璃的组织修复能力。SBSG和SBSG-Zn玻璃均由纳米颗粒、狭缝中孔、高比表面积和生物活性组成。根据ISO 10993标准进行的体外比较分析表明，只有在适当的稀释率下（例如本研究中使用的8倍稀释），SBSG和SBSG-Zn玻璃的提取物与人脐静脉内皮细胞（HUVEC）一起培养时才表现出较低的细胞毒性。值得注意的是，SBSG-Zn玻璃显示出能够显著促进HUVEC中血管生成基因的表达。此外，在释放离子的适当浓度范围内，SBSG-Zn玻璃提取物不仅可促进细胞存活，而且还能调节抗炎基因的表达、抑制促炎基因。SBSG和SBSG-Zn玻璃植入大鼠皮下缺损模型后，均表现出局部免疫调节和血管生成作用。SBSG-Zn能够明显调节巨噬细胞中M1/M2极化，这主要是通过改变巨噬细胞中关键因子的分泌状况及HUVEC中相关生长因子的表达来实现的。这些发现表明：通过将锌掺入生物活性玻璃中可以有效调节局部血管生成并调节免疫，且应用适当的离子剂量有助于实现最佳治疗效率。

简而言之，本研究的主要内容有：（1）溶胶-凝胶衍生的硼硅酸盐生物活性玻璃的表征（2） SBSG和SBSG-Zn玻璃对体外血管生成的调控作用（3） THP-1细胞的体外免疫调节（4）在皮下动物模型中，生物活性玻璃的生物相容性、血管生成和免疫调节

       原文标题 : 锌改性硼硅酸盐生物活性玻璃可有效调节局部血管生成与免疫反应