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2025年 第8期  刊出日期:2025-08-20 上一期   
编者按  综述 
编者按
无机生物活性材料的软组织再生应用
吴成铁, 常江 
DOI: 10.15541/jim20252000
2025 Vol. 40 (8): 847–848 摘要( 93 )   HTML( 5)     PDF(223KB)( 118 )

人体软组织通常是指除骨骼、关节外的所有结缔组织总和,包括皮肤、肌肉、血管、神经等,是人体分布面最广、体内比重最大的组织。软组织柔软且富有弹性,紧密连接各组织器官,起到支撑、保护和维持人体正常生理功能的重要作用。然而,由意外事故、疾病、外科手术等导致的大面积、大体积的软组织损伤是临床上面临的重大挑战之一,严重影响患者的生命健康与生活质量。自体移植作为临床中的金标准尽管展现出较好的修复效果,但存在供体来源有限、二次创伤等缺点。因此,亟需开发具有组分结构稳定、性能优异的生物活性材料,以应对软组织再生的迫切需求。

1969年美国Larry Hench教授首次研发出具有优异生物相容性及组织整合功能的生物活性玻璃,正式掀开了无机生物活性材料研究的帷幕。这种材料逐渐受到材料学、医学研究者们的广泛青睐,进入发展快车道。无机生物材料具有高度可控的化学组成、宏微观拓扑结构等理化特性,在调控细胞分化、诱导组织再生方面具有独特的优势。过去的研究主要聚焦在无机生物材料调节骨相关细胞特异性分化以及诱导骨骼、牙齿等硬组织再生方面,有效解决了一些临床难题。有趣的是,近期研究发现无机生物材料还具有调节多种软组织相关细胞活性与特异性分化的生物学功能,包括血管内皮细胞、神经细胞、毛囊干细胞等,这些研究初步证实了无机生物材料修复软组织损伤的巨大潜力,有效拓宽了无机生物材料的应用范围。

近年,本团队在无机生物活性材料用于软组织再生方面取得一些代表性成果。为集中展示我国研究团队在无机生物材料用于皮肤、神经、心肌等软组织再生方面的最新研究进展,吸引更多研究人员参与无机生物材料的基础研究和临床转化,我们受《无机材料学报》编辑部邀请担任客座编辑,组织编撰了“软组织再生无机生物材料”专辑。本专刊收录了来自中国科学院上海硅酸盐研究所、西安交通大学、四川大学、上海师范大学等单位的知名研究团队关于无机生物材料用于软组织再生的最新综述论文,涵盖了无机生物材料在血管化皮肤再生、毛囊再生、神经化组织再生、心肌再生及类器官发育等方面的应用。

我们希望本专刊能够帮助科研人员更加深入了解无机生物材料在软组织再生领域中的最新发展动态及其广泛应用前景,促进多领域、多学科科研人员密切合作,共同推动无机生物材料学科的发展。我们期望未来能涌现出更多创新的无机生物活性材料,以解决临床中的诸多软组织再生难题,保障人类生命安全与健康。

综述
无机生物材料调控神经细胞功能及神经化组织再生的研究进展
张洪健, 赵梓壹, 吴成铁 
DOI: 10.15541/jim20250001
2025 Vol. 40 (8): 849–859 摘要( 244 )   HTML( 3)     PDF(13535KB)( 167 )

基于神经在组织再生中的关键作用, 开发具有神经诱导活性的组织工程支架引起了研究者们的广泛关注。近年来, 无机生物材料因具有高度可控的化学组成、微/纳拓扑结构及优异的理化性能, 在调控神经细胞功能及神经化组织再生中得到广泛应用。本文首先介绍了常用于神经调控的无机生物材料, 主要包括生物陶瓷材料和电活性材料, 接着阐述了无机生物材料通过调控细胞行为、调节免疫微环境和构建电活性微环境等途径对神经细胞活性及生物学功能的增强作用, 重点阐述了无机生物材料在脊髓、周围神经、皮肤、骨骼肌、海绵体等组织神经化再生中的最新研究进展, 最后讨论了无机生物材料在调控神经细胞活性及神经化组织再生中存在的难题及未来发展前景。

二维无机材料调控病损皮肤组织再生的研究进展
肖晓琳, 王玉祥, 谷佩洋, 朱圳荣, 孙勇 
DOI: 10.15541/jim20240508
2025 Vol. 40 (8): 860–870 摘要( 176 )   HTML( 3)     PDF(3266KB)( 118 )

二维无机材料作为一类具有单原子层或多原子层的无机超薄纳米片, 呈现出高比表面积、高导电性和/或高光热转换效率等特点。这些独特的理化特性赋予其促凝血、抗菌、抗炎和抗氧化等生物效应。近年来, 鉴于降解和代谢问题, 该类材料被应用于调控病损皮肤组织, 如全层皮肤缺损、烧烫伤及糖尿病创面等, 展现出加速伤口愈合、减轻感染及改善炎症微环境的显著效果。本文围绕二维无机材料的特有结构和生物效应, 系统性阐述了其在伤口愈合中的应用及相关作用机制, 并展望了二维无机材料在皮肤修复领域面临的挑战和前景。

无机生物活性材料调控心肌再生的研究进展
罗晓民, 乔志龙, 刘颍, 杨晨, 常江 
DOI: 10.15541/jim20250013
2025 Vol. 40 (8): 871–887 摘要( 260 )   HTML( 3)     PDF(11916KB)( 157 )

心血管疾病是全球人类死亡的主要原因, 其中心肌梗死(Myocardial infarction, MI)对人类生命健康的威胁更为严重。但目前可用的药物和手术干预治疗几乎均为姑息性措施, 并未从根本上解决心肌梗死造成的心肌细胞死亡问题。而近年来的再生医学生物材料研究有望提供新的解决方案。无机生物活性材料可在体内与细胞和组织相互作用并激活细胞, 从而有效调控组织再生和损伤修复, 因此在再生医学和组织工程领域引起广泛关注。其中以硅酸盐为代表的硅基生物材料(如生物陶瓷、生物玻璃等)、碳基纳米材料、金属氧化物等在促进心肌修复和再生方面显示出巨大的应用前景。本文重点介绍了无机生物活性材料在心肌再生和修复领域的最新研究进展, 概述了其材料类型和作用机制, 最后探讨了无机生物活性材料在临床转化过程中面临的挑战, 并展望了其未来的发展前景。

无机活性材料在类器官研究领域的应用
马文平, 韩雅卉, 吴成铁, 吕宏旭 
DOI: 10.15541/jim20250007
2025 Vol. 40 (8): 888–900 摘要( 195 )   HTML( 3)     PDF(37825KB)( 121 )

类器官作为模拟相应组织/器官结构和功能的体外三维(3D)模型, 在生物医学领域显示出广阔的应用前景。类器官的构建需要对干细胞行为以及多细胞相互作用进行调控, 而无机活性材料具有良好的生物相容性和生物活性, 可以调节细胞行为、细胞-细胞和细胞-基质之间的相互作用, 在疾病诊疗和再生医学等领域得到了广泛研究, 有望用于调控类器官的构建、生长和发育。本文综述了无机活性材料在类器官研究中的作用, 强调了其在类器官培养和实际应用方面的研究进展。首先概述了类器官构建策略的基本步骤, 介绍了代表性无机活性材料的生物学功能, 特别是与类器官构建关键步骤相适配的功能; 重点阐释了无机活性材料促进类器官生长和发育的关键作用机制, 包括调控关键信号通路、基质材料以及细胞能量代谢等。此外, 还探讨了类器官作为辅助工具在促进无机活性材料研究和应用方面的作用; 最后展望了利用无机活性材料提供多种物理和生化调控信号的特性进一步推进类器官基础研究和应用研究的策略。

无机生物材料用于毛囊和毛发再生的研究
马景阁, 吴成铁 
DOI: 10.15541/jim20250002
2025 Vol. 40 (8): 901–910 摘要( 231 )   HTML( 3)     PDF(9762KB)( 1101 )

由毛囊退化和缺失导致的脱发会严重影响人们的生活质量和心理健康, 目前临床治疗手段存在较大局限性。因此, 毛囊和毛发再生是皮肤组织工程所面临的关键挑战之一。近年来, 多种无机材料, 尤其是生物陶瓷, 被证实能够通过释放生物活性离子来调控细胞活动, 具有促进组织修复和毛囊重建的积极作用。本文首先介绍了皮肤组织和毛囊结构, 列举了可促进毛囊再生的生物陶瓷种类及其相关重要进展; 然后讨论了无机材料在毛囊再生中的不同应用形式; 最后对生物陶瓷用于毛囊和毛发再生的未来发展方向作了总结与展望。本文旨在发掘生物陶瓷在毛发再生中的应用潜力, 为治疗毛囊损伤和脱发疾病提供新的参考策略。

硅酸盐生物陶瓷/玻璃促创面修复的研究进展:作用、机制和应用方式
王宇彤, 常江, 徐合, 吴成铁 
DOI: 10.15541/jim20250014
2025 Vol. 40 (8): 911–920 摘要( 215 )   HTML( 4)     PDF(2162KB)( 129 )

大面积皮肤创伤是全球公共卫生最具挑战性的问题之一, 其修复与治疗给医疗保健系统造成了巨大的经济负担, 亟需开发能够促进创面皮肤组织再生的高效伤口敷料。近年来, 硅酸盐生物陶瓷/玻璃因具备促进血管再生、刺激细胞胶原蛋白沉积以及抗感染等多重优势, 在创面修复领域得到了广泛的关注与应用。本文简要概述了硅酸盐生物陶瓷/玻璃在皮肤再生过程中的作用机制, 介绍了硅酸盐生物陶瓷/玻璃材料和一些新技术的结合方法及其在创面修复领域的相关应用, 最后总结了硅酸盐生物陶瓷/玻璃的优势与局限性, 为硅酸盐生物陶瓷/玻璃材料在创面修复领域的临床应用提供参考。

微纳米生物活性玻璃: 功能化设计与血管化皮肤再生
艾敏慧, 雷波 
DOI: 10.15541/jim20240541
2025 Vol. 40 (8): 921–932 摘要( 216 )   HTML( 3)     PDF(2623KB)( 124 )

生物活性玻璃(BG)材料是一类重要的非晶态无机医用材料, 在硬组织修复领域临床应用多年, 表现出独特的组织修复活性。近年研究发现, BG在促进软组织修复方面也表现出有效的修复活性, 具有重要的应用价值。与传统BG相比, 微纳米生物活性玻璃(MNBG)具有独特的微纳米结构, 不仅保留了传统BG优良的化学组成, 而且具有更大的比表面积和更高的反应活性, 在促进血管化皮肤修复再生方面表现出重要的应用潜力。本文重点讨论了MNBG在调控血管化及皮肤再生方面的研究进展, 主要包括MNBG促进血管化的能力, 调控免疫细胞的功能, 以及抗氧化、抗炎和抗菌性能, 这些特性使得MNBG能够有效刺激血管形成, 同时降低炎症反应, 抑制细菌感染, 从而促进伤口愈合和组织修复。进一步总结了MNBG在皮肤创面血管化和修复方面的重要研究进展, 并对MNBG目前皮肤创面修复应用中存在的问题和未来的研究方向提出了相应的建议, 以期推动MNBG在皮肤修复领域中的应用转化。