骨组织修复是再生医学的重要研究方向之一，支架材料在其中扮演着特别的重要的角色。有效的支架材料具备诸多性能要求：不锈钢等第一代骨材料会造成组织排异等反应，合格的支架需要能够与骨组织相容；其次，支架材料需要具备多孔结构，能够容纳细胞，并提供其生长空间；此外，一定的药物负载能力及可控释放能够在一定程度上帮助向骨组织给药，辅助骨细胞的生长；最后，支架材料还需要具有一定抗菌性能，能够在促进骨细胞生长的同时，有效抵御细菌感染。
以生物玻璃为代表的生物陶瓷，是符合上述要求的骨组织支架材料之一。生物玻璃的主要成分为SiO2、CaO和P2O5等氧化物，可以轻松又有效与骨组织相容。此外，生物玻璃具备快速离子交换能力，因此与骨组织具有较强的结合作用，且其表面释放的钙离子和磷酸根离子可以有效促进骨组织再生。
表没食子儿茶素没食子酸酯 (Epigallocatechin-3-Gallate, EGCG) 是绿茶茶多酚的主要组成成分之一，是从茶叶中分离得到的儿茶素类单体，具有抗菌、抗病毒、抗氧化、抗动脉硬化、抗血栓形成、抗血管增生、抗炎以及抗肿瘤作用。近年来其药理作用得到不断开发，在再生医学领域具有广阔的应用前景。
来自台北医科大学 (TaipeiMedical University, TMU) 牙科技术学院的Fang-Yu Fan教授课题组通过泡沫交换技术制备了多孔生物玻璃支架，选取EGCG作为抗菌剂，开发了一种可以在一定程度上促进骨细胞增殖并有效抗菌的组织工程支架材料，并将相关研究成果发表在了Applied Sciences期刊。
研究人员首先将四乙氧基硅烷、磷酸三乙酯、硝酸钙等组分溶解混合，得到前驱体溶液；然后将市售海绵浸泡其中，吸附充分以后，进行离心、烘干；最后在700 ℃下烧结半小时，即得到了生物玻璃支架。若在前驱体溶液中加入抗菌剂EGCG，即可得到EGCG修饰的生物玻璃支架。
制备出材料后，研究人员通过扫描电子显微镜 (SEM) 观察材料微观结构，使用X射线衍射 (XRD) 分析其晶体结构，并采用氮气等温吸附脱附测定了多孔结构类型。随后进行抗菌剂的抑菌测试，并研究生物玻璃对抗菌剂的负载及释放行为，完成细胞毒性实验。
首先使用扫描电子显微镜 (SEM) 对生物玻璃支架进行微观形貌观察。图1中能够正常的看到，烧结之后的成品仍然保留着海绵的多孔结构，孔间距300480 m，表面较少出现裂纹分布。通过X射线衍射 (XRD) 分析生物玻璃支架的结晶结构，在2 = 22处观察到标准非晶硅峰，说明非金属氧化物主要以无定型形式存在。此外，通过BJH法分析氮气等温吸附脱附曲线，结果显示其属于IV形等温吸附，表面存在大量1020 nm孔道，这使得支架展现出良好的细胞粘附性能，并有利于药物的吸收和释放。
图1. 生物玻璃支架烧结前后 (A) X射线衍射谱图及扫描电子显微镜照片，(B) 氮气等温线吸附脱附曲线及孔径分布。
可见，该生物玻璃支架十分有利于药物负载，而负载量则是实际应用中的重要参数，研究人员接着对EGCG的抗菌效果进行探究。首先选取大肠杆菌 (E菌) 和金黄色葡萄球菌 (S菌) 作为革兰氏阴性菌和阳性菌的典型代表；随后，在培养液中加入不同浓度的EGCG，确定EGCG的最低抑菌浓度。结果显示如图2，25 g/mL EGCG即可对S菌起到有效杀菌作用，而对E菌需提高到200 g/mL以上。由此确定，需使用浓度为200 g/mL的EGCG溶液制备载药生物玻璃支架。
为探究生物玻璃支架促进生成骨结构的能力，研究者将支架材料浸泡在SBF无菌模拟体液中，研究支架材料与体液成分的相互作用 (如图3)。浸泡14至28天后，观察到支架表面有纳米颗粒产生，可以相互连结成膜。而X射线衍射证明，这些颗粒是化学组成、结晶度、晶粒度及形貌等都类似于自然骨组织的磷灰石。这说明该生物玻璃支架能够矿化人体体液中的有效成分，产生类骨结构，达到促进骨再生的能力。
图3. (a) MBG支架和EGCG-MBG载药支架浸泡14及28天后的X射线衍射谱图，(b) 支架及 (c) 载药支架浸泡28天后的扫描电子显微镜照片。
确定生物玻璃支架能够在一定程度上促进骨组织再生后，研究者对其药物的负载和释放过程进行了探索。如图4所示，药物EGCG在274 nm紫外光下具有强烈吸收，且吸光度与浓度线性相关，因此，测定吸光度即可计算对应药物浓度。将20 mg载药支架浸泡于10 mL磷酸盐缓冲溶液中，持续监测释放出的浓度，结果显示，初始24 h内累计释放出68.71%药物；24 h后持续释放，在长达10天内缓慢释放出75.37%。这一根据结果得出支架的介孔结构为EGCG浓度长期保持在有效剂量提供了可能。
图4. (a) 不同浓度EGCG溶液在274 nm紫外光下的吸光度，(b) 载药支架中药物的累积释放率随时间的变化。
接着，研究者进一步评估了支架材料对细胞生长的影响。选取人骨肉瘤细胞MG63培养，在培养过程中加入载药及未载药支架，最后通过CCK-8法观察存活细胞数量。结果如图5显示，两种支架均具有较低的细胞毒性，但在促进细胞增殖方面又展现出差异。适当浓度的EGCG (200 g/mL) 可以有效的预防细胞凋亡，甚至直接促进细胞增殖，这可能与EGCG能够迅速清除自由基，保护细胞活力有密切关系。
综合上述一系列的表征和测试，根据结果得出该支架材料具备出色的骨再生、药物负载及持续释放、促进细胞增殖能力，是一种非常有前景的骨科临床应用新材料。
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