骨質疏松癥是由骨中礦物缺失引起的，它是一種很難被治愈的慢性病。在正常骨中，納米羥基磷灰石晶體嵌入到膠原纖維束中，通過多級組裝形成具有一定硬度和韌性的骨組裝。在骨質疏松骨中，由于膠原過度脫礦造成了膠原內的羥基磷灰石礦物相的缺失，從而降低其硬度并增加其骨折的風險。雖然人們對骨質疏松癥防治開展了大量的研究并取得了進展，但是目前對骨質疏松癥的治療多為藥物服用，雖然能一定程度上抑制癥狀進一步發展但無法實現治愈的目的。在實驗室層次上，當前對骨質疏松癥的治療策略研究則集中在切開疏松骨放入人工材料誘導礦化，這種方法增加了手術成本，也不利用傷口愈合。因此通過簡便有效的方法來治療骨質疏松骨依然是目前亟待解決的一大難題。
針對此類問題，浙江大學化學系唐睿康教授團隊在其長期生物礦化研究的基礎上，提出了通過體內注射的方式將超小尺寸磷酸鈣納米簇注射入骨質疏松骨內，利用磷酸鈣納米簇小尺寸效應實現了膠原內的再礦化。不同與傳統的納米材料，這種磷酸鈣納米簇具有超小的粒徑（~1 nm）。如何實現納米簇材料的宏量制備及其穩定性是該研究的關鍵科學問題。課題組借鑒生物礦化過程，巧妙地通過利用兩種高分子（聚丙烯酸和聚天冬氨酸)的協同穩定作用制備得到的，由于所得到納米簇具有很好的流動性，因此被定義為磷酸鈣的高分子誘導液體前驅體（圖1）。
圖1. (a) 磷酸鈣納米簇材料；(b) 冷凍透射電鏡(cryoTEM)下的納米簇；(c)材料的流變性。
這一新材料特點是擁有優越的骨誘導功能。由于小尺寸效應，磷酸鈣納米簇可以通過滲透的方法直接進入脫礦的膠原纖維內部，并在膠原內礦化結晶為羥基磷灰石（HAP），從而達到原位礦化膠原的目的，可以有效的治療骨質疏松骨。這種簡單有效的通過再礦化脫礦膠原的方法治療骨質疏松骨的為骨質疏松癥的治療提供了新的思路。值得一提的是，這種磷酸鈣納米簇還具有良好的可注射性，可以直接注射入骨質疏松骨中，從而簡化了實驗過程，減少手術創傷，可以快速的愈合傷口。并且這種磷酸鈣納米簇在8周時的修復結果達到穩定（圖2）。Micro-CT統計結果顯示修復8周后，其骨密度和正常骨相近。同時，其機械強度（包括硬度和韌性）以及修復骨的礦物比例也都與正常骨相近。這個結果證明磷酸鈣納米簇可以快速有效的修復骨質疏松骨。該研究為納米生物材料在硬組織修復方面的應用提供了新的思路，突出了仿生礦化策略在生物組織再生中的運用。
圖2. (a) 將磷酸鈣納米簇注射入小鼠脛骨平臺。(b-m) 磷酸鈣納米簇體內修復疏松骨4周，8周和12周以后的二維，三維微型電腦斷層掃描 (micro-CT)和蘇木精伊紅(H&E)染色結果圖。(b, f, j) 0周，(c, g, k) 4周，(d, h, l) 8周，(e, i, m) 12周。
該成果近日以“Osteoporotic Bone Recovery by a Highly Bone-Inductive Calcium Phosphate Polymer-Induced Liquid-Precursor”為題發表在Advanced Science上。論文第一作者為姚沙沙博士，通訊作者為唐睿康教授，荷蘭埃因霍溫理工大學Nico A. J. M. Sommerdijk教授研究團隊完成了對磷酸鈣納米簇的冷凍電鏡表征。工作得到了國家重點研發項目（2018YFC1105101）和國家自然科學基金（21625105和21571155）的支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201900683
