关节置换术是骨科常见的外科手术。然而，在这些手术中，有超过10%的手术会因无菌性松动而需要翻修，从而造成经济损失，增加患者痛苦。无菌性松动发生的根本原因是骨植入物磨损产生的微小颗粒导致巨噬细胞吞噬功能异常，进一步引起破骨细胞的过度表达，从而加剧了骨溶解，导致骨重建平衡被打破。植入物周围过度表达的破骨细胞使得植入物进一步松动，由此产生更多的磨损颗粒，颗粒导致破骨进一步被激活，因此产生了无菌松动的恶性循环。要打破这种恶性循环，关键是要抑制破骨细胞的异常表达，以及促进植入物与骨界面的快速骨结合。

  为了解决以上问题，中科院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员团队创新性地利用唑来膦酸（ZA）作为左旋聚乳酸（PLLA）的成核剂，成功地在钛金属植入物表面制备了压电PLLA/ZA纳米纤维涂层。该涂层中，ZA不仅作为成核剂将PLLA的压电系数从2.24 pC/N提高到了8.02 pC/N，并且随着PLLA的缓慢降解ZA可以从纳米纤维中持续释放，因此该涂层一方面提供压电电刺激能够在一定程度上促进成骨细胞的快速分化，另一方面缓释的ZA能够直接抑制破骨细胞的分化和骨溶解活动，双角度有效地预防了植入物无菌性松动的发生，提高了骨科植入手术的长期成功率。此外，PLLA作为美国食品和药物管理局（FDA）批准的植入材料，拥有非常良好的生物相容性和降解性，ZA作为一种治疗骨质疏松症的药物，在临床上安全有效，具有广阔的临床应用前景。该研究中，将压电材料与药物相结合的策略为骨植入物的表面改性提供了有价值的参考。

  作者通过大鼠股骨骨腔内植入包覆涂层的钛金属植入物来验证涂层的性能，其中骨腔内注射钛纳米颗粒来模拟无菌性松动发生时产生的磨损颗粒。在PLLA的工艺流程中，ZA能够为其提供更多的结晶位点来提升了其结晶度和压电性能，疏松的PLLA/ZA纤维产生的压电信号作用于间充质干细胞（MSCs）并促进其成骨分化，缓慢释放的ZA直接抑制巨噬细胞向破骨分化，二者协同实现了植入物的快速骨整合并对无菌性松动起到长期的预防作用。

  作者首先利用聚多巴胺中间层大幅度的提升了涂层和钛金属之间的粘附力（剥离力从0.14 N提高到了1.73 N），其次针对体内外实验制备了不同形式的涂层，并进一步对涂层的微观形貌、结晶度、压电系数、可降解性和药物释放速度进行了表征。PLLA/ZA涂层的微观形貌显示出疏松的纤维结构，并且ZA在纤维中均匀分布。ZA加入后，XRD测试显示PLLA的结晶峰显著地增强，其结晶度也从21.65%提高到了37.89%，d14方向上压电系数从2.24 pC/N提高到了8.02 pC/N，涂层在体外实验中缓慢降解并伴随着ZA药物的持续释放。

  作者在表征了涂层拥有非常良好的细胞相容性和血液相容性后，又分别表征了PLLA/ZA涂层体外对于成骨分化和破骨分化的影响。疏松多孔的纤维结构有利于细胞的粘附和生长，MSCs在纤维之间生长产生细胞牵引力由此产生压电信号，促进了MSCs的成骨分化，在分化培养第14天成骨细胞分泌大量钙结晶，表现出优异的促成骨能力。在破骨细胞的分化诱导培养实验中，缓慢释放的ZA显著抑制了多核破骨细胞的产生，对破骨细胞功能性基因也具有非常明显抑制作用。这说明，该涂层具有促进植入物快速骨整合并抑制植入物周围破骨细胞异常上调的潜力。

  最后，在大鼠的植入实验中显示，PLLA/ZA涂层的钛植入物组，植入物周围表现出最大和最连续的新生骨量，骨-植入物交界处的新骨量也最密集，这直观地显示出良好的骨整合结果。为评估植入物周围的骨溶解情况，对植入物附近的新生骨横截面进行切片并用TRAP染色，TRAP+区域代表成熟破骨细胞，在PLLA/ZA涂层组中，相互连接的新骨中基本上没有TRAP的阳性表达，这表明该涂层具有预防无菌松动的良好作用。

  总结：作者创新性地采用药物ZA作为PLLA的成核剂，不仅提高了PLLA的压电性能，增强了电刺激成骨分化中的作用，并且药物的缓慢释放能够长期抑制破骨细胞的异常上调，该策略为骨植入物的表面修饰提供了思路，对于植入性压电材料的加工应用也提供了参考。

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