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Bioactive Materials
黑磷在器官再生医学中的应用

2026-01-08

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本文系统总结了黑磷(BP)作为可降解、刺激响应型二维纳米材料在疾病调控与多器官再生中的双重功能,展示了其在骨、皮肤、神经、心脏及肾脏修复中的独特优势,为下一代再生平台开发提供了科学基础。

 

文献概述

本文《Black phosphorus in theragenerative medicine: a multi-organ perspective on disease modulation and tissue repair》,发表于《Bioactive Materials》杂志,回顾并总结了黑磷在再生医学中的多功能特性,包括其在生理微环境中降解生成生物活性磷酸盐、刺激细胞再生、响应近红外光和超声等外部刺激,以及调节ROS和免疫平衡的能力。文章详细讨论了BP在不同组织中的应用,如促进骨再生、加速皮肤伤口愈合、支持神经修复、保护心肌组织、促进肾与肝功能恢复等,强调其作为多功能纳米材料的潜力。

背景知识

黑磷(BP)是一种单元素二维材料,具有可调带隙、高反应性表面及良好的生物相容性。其在生理环境中可降解为磷酸盐离子,促进组织修复;同时,BP的高表面反应性使其可负载药物并实现可控释放。刺激响应性是BP的另一大特点,通过NIR照射或超声可激活其光热和药物释放功能。BP在骨组织工程中可促进碱性磷酸酶活性、骨形态发生蛋白表达,而在神经退行性疾病中则有助于调控氧化还原平衡和神经保护。尽管BP具有显著应用前景,但其快速氧化降解仍是一个挑战,因此稳定性工程成为其临床转化的关键环节。

 

提供骨组织工程相关动物模型定制服务,适用于研究骨发育、骨疾病及再生医学,涵盖基因敲除、转基因、人源化模型构建,支持骨缺陷、骨肿瘤等研究方向。

 

研究方法与实验

文章系统综述了BP在不同组织再生中的应用,包括骨、皮肤、神经、心脏、肾脏及肝脏再生。研究中采用了多种BP表面改性策略,如聚合物包覆(PLGA、PEG、丝素蛋白)、金属离子络合(Ca²⁺、Cu²⁺、镧系元素)、生物活性玻璃复合、细胞膜包被等,以调控其降解速率和生物功能。在骨修复中,BP纳米片与生物活性玻璃结合,通过刺激响应促进骨组织修复;在皮肤损伤模型中,BP通过调控ROS水平加速伤口愈合;在神经退行性疾病模型中,BP通过抗氧化和抗炎机制促进神经再生;在心脏、肾脏和肝脏损伤模型中,BP通过清除ROS、调节炎症反应和促进组织修复展现出保护作用。

关键结论与观点

  • BP在生理环境中可降解为生物活性磷酸盐,促进骨、皮肤、神经、心脏、肝、肾等多种组织修复。
  • BP的高表面反应性可有效负载药物、蛋白和基因,实现可控释放。
  • BP响应NIR、超声等刺激,具有良好的光热和光动力治疗潜力。
  • BP在肿瘤微环境中的降解速率显著高于健康组织,具有选择性抗癌作用。
  • 在骨再生中,BP促进成骨相关基因表达、血管生成及免疫调节(如M2巨噬age极化)。
  • 在皮肤伤口愈合中,BP通过调控ROS和炎症加速修复过程。
  • 在神经退行性疾病中,BP可维持氧化还原稳态,减少神经炎症并促进再生。
  • 在心脏损伤中,BP通过清除ROS和金属离子络合提供心肌保护。
  • 在肾与肝损伤模型中,BP通过抗氧化机制促进组织修复和功能恢复。
  • BP的多功能性使其成为下一代theragenerative医学平台的核心材料。

研究意义与展望

本文为BP在再生医学中的系统性应用提供了理论基础和实验依据,强调其在多器官修复中的潜力。未来研究可进一步优化BP的表面化学、稳定性及降解动力学,开发其在个性化医学、疾病模型构建及联合治疗中的临床转化路径。BP的微环境响应性也为智能药物递送系统和生物活性材料开发提供了新思路。

 

提供神经退行性疾病相关动物模型,支持阿尔茨海默症、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症等神经疾病机制研究及再生治疗开发,涵盖基因编辑、药物诱导等多种模型。

 

结语

综上所述,黑 phosphorus作为一种可降解、刺激响应型二维纳米材料,在疾病调控和组织再生中展现出高度的适应性和多功能性。其独特的物理化学特性,如近红外吸收、ROS调控、金属离子络合及免疫调节能力,使其在骨、皮肤、神经、心脏及肾脏等多种组织修复中发挥关键作用。通过调控其表面修饰和降解速率,BP可被工程化为适用于不同病理微环境的theragenerative平台,为未来生物材料和再生医学研究提供了重要基础。

 

文献来源:
Ashkan Bigham, Anna Mariano, Aldo R Boccaccini, Luigi Ambrosio, and Maria Grazia Raucci. Black phosphorus in theragenerative medicine: a multi-organ perspective on disease modulation and tissue repair. Bioactive Materials.
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