研究背景
石墨烯基材料（graphene-based materials, GMs）在材料科学、纳米技术、生物传感器、能源储存及环境科学等多个领域展现了广泛的应用。然而，它们相对较低的生物相容性、弱溶解性和潜在的细胞毒性限制了它们在生物医学和组织工程领域的广泛利用。为了克服这些限制，青岛大学医疗集团（青岛西海岸新区中心医院）李大纲、孙振刚副教授团队联合中山大学附属第七医院魏富鑫教授、青岛大学化学化工学院魏刚教授详细总结了各种生物分子增强石墨烯材料（biomolecule-reinforced GMs, Bio-RGMs）的设计、合成、结构/功能调控及其在骨组织工程（bone tissue engineering, BTE）中的应用。
文章概述
本研究展示了关于各种Bio-RGMs在BTE应用中的设计、合成及结构/功能调控，主要内容如图1所示。
图1 用于BTE应用的Bio-RGMs结构示意图。
图文导读
1、利用生物分子-材料相互作用合成Bio-RGMs的方法
图2. 通过共价生物分子- GMs相互作用设计和合成Bio-RGMs。
2、Bio-RGMs的结构调控技术
图3. Bio-RGMs的1D、2D和3D结构构建。
3、Bio-RGMs的特定属性和功能：生物相容性和细胞毒性
图4. 具有高生物相容性的Bio-RGMs。
4、Bio-RGMs的BTE应用
图5. 生物RGMs在骨修复和再生中的应用。
5、Bio-RGMs 前期BTE临床应用分析
图6. 几种典型Bio-RGMs的前期BTE临床应用分析。
总结
在本文中，作者重点介绍了用于BTE应用的Bio-RGMs设计和合成的最新进展。强调了GMs与生物分子之间相互作用在促进共价和非共价生物偶联中的关键作用。包括静电纺丝、3D 打印、自组装、模板合成、冷冻干燥等多种技术，使得 Bio-RGMs 的结构可以定制，涵盖从纳米复合材料到1D纳米纤维、2D膜以及3D支架/水凝胶/气凝胶。Bio-RGMs，特别是2D膜和3D结构，作为优良生物材料基质，能够将药物、生长因子和干细胞递送至骨缺损处，从而促进骨的生长、修复和再生。通过分子设计和仿生特性，Bio-RGMs 显示出增强的生物相容性、生物活性、生物靶向性和抗菌活性，扩展了它们在骨修复/再生、骨移植、药物辅助骨生长和骨肿瘤抑制等方面的应用。本文为 Bio-RGM 研究领域提供了宝贵的见解和关键考虑因素，旨在激励新型 Bio-RGMs 的开发，以用于组织工程和生物医学应用。
原文链接：https://doi.org/10.1002/smsc.202400414
通讯作者：
魏富鑫，主任医师，博导、博士后合作导师，中山大学附属第七医院副院长，骨医学中心主任、脊柱外科主任，3D 数字医疗中心负责人，急诊与灾难医学中心学科带头人，临床科研中心兼职 PI，广东省杰出青年医学人才，深圳光明国家级科学城青年科技领军人才，深圳后备级人才获得者，深圳市菁英计划学科骨干，深圳市重点实验室资助建设项目，广东省科技进步二等奖、三等奖各 1 项；参与编写多部专著。
通讯作者：
魏刚，洪堡学者（2007），国家级人才工程入选者，山东省泰山学者青年专家，全球前2%顶尖科学家（3年，材料科学领域），入选2023全球顶尖前10万科学家名单，青岛大学教授。在Chem. Soc. Rev., Prog. Polym. Sci., Prog. Mater. Sci., Bioact. Mater., Adv. Funct. Mater.等期刊上发表学术论文220+篇（第一作者或通讯作者文章170余篇，热点论文4篇，高被引13篇）。发表文章被引用12000+，H-系数67。出版英文专著3部。Journal of Nanobiotechnology（中科院1区TOP, IF=10.6）副主编，多个SCI杂志编委及客座编辑。为欧盟研究委员会、德国科学基金、卡塔尔大学内部科学基金、以色列科学基金、捷克科学基金、波兰国家科学基金以及德国洪堡基金会评审人。
通讯作者：
孙振刚，副主任医师，青岛市优秀青年人才，山东省医学会骨科分会委员，发表SCI 论文11篇 (Q1区6篇，4篇IF >10)，主持市、区级课题5项，获省、市级科技奖3项。
第一作者：
李大纲，副主任医师，青岛市黄岛区中心医院口腔科主任，山东省保健科技协会口腔颌面头颈外科副主任委员，青岛市口腔医学会常务理事，青岛西海岸新区口腔医学质控中心主任委员。
论文信息：
Recent Advances in the Design and Structural/Functional Regulations of Biomolecule-Reinforced Graphene Materials for Bone Tissue Engineering Applications
Dagang Li, Jinze Zhao, Yuan Wang, Jialu Wang, Zhenjuan Sun, Fuxin Wei*, Gang Wei*, Zhengang Sun*
Small Science
DOI: 10.1002/smsc.202400414
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