邬建敏课题组在多孔硅生物医学应用领域取得新进展

组织再生工程是21世纪生命科学的研究热点之一，对于患病和受损的人体组织采取高效的治疗方法仍然是全世界范围内的重要挑战。目前的组织工程支架在临床应用受限，移植成功率不高的一个重要原因是在诸如溃疡，冠心病和慢性伤口等身体缺陷中血管化水平不足，血管结构的缺乏导致移植早期不能及时建立血运，为受损部位提供必须的氧气和营养物质。传统的有机高分子支架由于在移植过程中不良的生物活性以及难降解性，迫切需要开发新的生物活性材料来解决该障碍。

近日，生物材料领域的顶级期刊Biomaterials在线刊登了我系邬建敏教授课题组在多孔硅生物医学应用领域的新进展。该研究发现，从发光多孔硅材料中释放的无机硅离子可以有效促进皮肤成纤维细胞和内皮细胞的迁移、成管；稳定低氧诱导因子-1α（HIF-1α），促进血管内皮细胞因子（VEGF）的表达，从而加速新生血管的形成。相比于传统稳定的介孔二氧化硅材料，该研究采用电化学刻蚀单晶硅片方法制备出的多孔硅表面具有丰富的Si-H键，避免了介孔二氧化硅中过度交联Si-O-Si键的生物惰性导致的生物活性和降解性差的问题。此外，制备出的多孔硅材料具有丰富可调的孔道，能有效装载治疗药物。研究人员进一步将VEGF采用静电吸附的方法负载在发光多孔硅表面，发现多孔硅荧光的衰减和药物的释放有很好的相关性。因此，所制备多孔硅材料兼具治疗效果、生物可降解与自报告药物分子释放的特性，在活体血管生成实验中取得良好的治疗效果。通过对材料表面的改性或发光行为的调控，该平台可用于普适性血管化治疗平台的构建，在组织再生工程中有着广阔的应用前景。论文的第一作者是课题组2021级的博士研究生段伟。近日，该研究小组2016级的博士研究生金尧同学在ACS Appl. Mater. Interfaces上发文，进一步发现多孔硅负载的纳米银和抗菌肽体系可在伤口环境的ROS及pH双重刺激下协同释放无机Si离子，Ag离子和抗菌肽，有效抑制伤口细菌感染并促进愈合. 上述研究工作得到了杭州高斯博医疗用品有限公司重大横向课题及国家自然科学基金（21874118）的资助。

图1（A）多孔硅降解过程中孔径变化的高分辨扫描电镜图；（B）多孔硅降解过程中的漫反射红外光谱；（C）降解示意图；（D-E）细胞培养液中硅离子释放行为和对应时间点降解产物对pH的影响

图2（A）多孔硅用于活体血管生成实验示意图；（B）在动物模型中第八天的血管新生情况对比；（C）相应血管化指标的数据统计结果。

文章链接

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120772

https://doi.org/10.1021/acsami.1c02161

邬建敏课题组近年来在多孔硅材料研究领域取得了一系列的研究成果，课题组此前通过对多孔硅材料的光电性质及生物学性质的基础研究，将应用领域拓展到组织修复与健康管理，肿瘤早筛与临床质谱，生物传感与药物筛选，气体传感与公共安全，研究工作分别发表在化学领域著名期刊，如Angew. Chem. Int. Ed.，ACS Nano. Anal. Chem., ACS Appl. Mater. Interfaces. Chem. Commun., Lab Chip, ACS Sens.等。