跟着人口老龄化的加重，市场上对能够加快骨再生的植入体的资料的需求渐渐的变大。运用非侵入性细胞影响来操控细胞命运，经过光影响来促进骨再生，能够到达准确调控生物活性的意图。
近来，湖北大学刘想梅副教授研讨团队在美国化学会（ACS)的旗舰期刊、世界资料科学尖端期刊《ACS Nano》（影响因子13.709）上宣布研讨论文“Photoelectric-Responsive Extracellular Matrix for Bone Engineering”（《光电呼应细胞外基质在骨安排工程中的运用》）。该团队组成了一种硫化铋/羟基磷灰石复合资料，在近红外下照射下，该资料具有光电呼应的性质。其根本原因在于羟基磷灰石上的磷酸根能够招引电子，然后加强羟基磷灰石的电子和空穴的别离功率，在近红外下发作较多的光生电子。光生电子进入细胞膜，使细胞膜去极化，促进骨髓间充质干细胞成骨分解，加快骨的再生。
在这项研讨中，该团队运用硫化铋/羟基磷灰石(BS/HAp)薄膜，在植入物周围创立一个快速、可重复的光电呼应微环境。近红外(NIR)光下BS/HAp膜上光电流的意外增大主要是因为HAp经过PO43 -的空穴耗费和HAp与BS的界面电荷转移所造成的。电子激活间充质干细胞(MSCs)的Na+通道，改动细胞在中心环境中的黏附状况。经过改动光电子微环境来调理MSCs的行为。RNA测序显现，当光电子转移到细胞膜时，钠离子通量和膜电位发作去极化，改动细胞形状。一起，钙离子通量和FDE1表达上调。此外，细胞核内的TCF/LEF开端转录，经过Wnt/Ca2+信号通路调控参加成骨分解的下流基因。本研讨建立了一种生物医治战略，运用近红外光调理体内光电微环境，完成对细胞分解行为的长途、准确、非侵入性操控。
图1-Ti-BS/HAp-light用于骨分解和骨再生的示意图。
图2-Ti-BS与Ti-BS/HAp的组成工艺以及表征
总归，该团队在人工种植体上制备了一种BS/HAp纳米线阵列薄膜。当BS与HAp结合时，BS吸收光子，然后发作光电子和电子空穴对。光电子经过HAp转移到磷酸基上，降低了光生电子与空穴的结合。成果提高了BS/HAp膜的光催化功能，添加了光电流。在近红外辐射过程中，MSCs的Ca2+通道在Ti-BS/HAp处富集。与此一起，参加血管发育的上调基因主要在Ti-BS/HAp-dark中富集。此外，当光电子转移到MSCs膜上时，钠相关基因的表达也发作了改动。钠在细胞内和细胞外方位的浓度改动，导致膜电位的改动。这种电位差导致Ca2+从msc外流入细胞内线粒体。添加的Ca2+进一步上调FDE1并终究进入细胞核调理TCF/LEF。最终，DNA调控与成骨分解相关的下流基因。详细的机制见图1。本研讨建立了一种生物医治战略，运用近红外光调理体内光电微环境，完成对细胞分解行为的长途、准确、非侵入性操控。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b08115
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