對于骨質疏松性不規則骨缺損的修復仍是臨床醫學上面臨的一大難題。與正常骨相比，骨質疏松性骨缺損的新骨形成緩慢，因此需要具有較高生物活性的移植材料，但剛性的自體骨、生物陶瓷等生物活性移植物機械可加工性差，難以實現與不規則骨缺損的緊密貼合，從而影響骨修復效果。具有形狀恢復性能的多孔支架材料在不規則骨缺損處的移植和貼合方面具有優越性，然而，常見的形狀可恢復材料通常缺乏無機成分、生物活性差，難以促進骨質疏松骨缺損的修復。生物活性玻璃可促進生物活性碳酸鹽羥基磷灰石層的形成，具有良好的骨傳導性和骨誘導性，已在臨床中得到廣泛應用，但其脆性大、可加工性差，難以實現微創移植及與本體骨的緊密貼合。
圖1. 自展開SiO2-CaO NF/CS支架的制備及骨質疏松骨缺損修復過程示意圖
針對上述研究現狀，研究團隊通過調控SiO2-CaO分子構象和結晶狀態，制備了兼具良好柔韌性和生物活性的SiO2-CaO玻璃納米纖維；進一步將柔性SiO2-CaO納米纖維同殼聚糖溶液經過均質分散-冷凍干燥后制備出具有自展開性能的SiO2-CaO納米纖維/殼聚糖（SiO2-CaO NF/CS）三維支架，用于骨質疏松大鼠顱骨缺損的修復（圖1）。
研究團隊首先研究了SiO2/CaO比例及煅燒條件對SiO2-CaO納米纖維膜微觀物理化學結構的影響。研究發現在非晶狀態時，硅氧網絡的聚合度越高，纖維柔性越好。而相同SiO2-CaO組成的納米纖維，隨著煅燒溫度的升高，分子由非晶態向結晶態轉變，此時產生的晶粒或缺陷會造成應力集中，導致柔性變差。而生物礦化實驗表明玻璃纖維的生物活性隨SiO2/CaO比例的提高而下降。因此通過控制煅燒條件和SiO2/CaO比例可調控SiO2-CaO分子構象和結晶狀態，從而調控SiO2-CaO納米纖維的柔性及生物活性。
圖2. SiO2-CaO NF/CS支架的形貌結構及力學性能
研究團隊進一步將兼具柔性與生物活性的85SiO2-15CaO納米纖維與殼聚糖結合，通過均質分散-冷凍干燥技術，得到具有多孔蜂窩結構的三維SiO2-CaO NF/CS支架。在柔性納米纖維骨架、殼聚糖彈性粘結點以及多孔蜂巢結構的共同作用下，該三維支架具有良好的形狀可恢復性，使其可通過微創手術移植入不規則形狀的缺損區，并在吸收體液后快速恢復到初始形狀，實現與本體骨的緊密貼合（圖2）。
此外，SiO2-CaO NF/CS支架的微米-納米多級結構高度模擬骨組織細胞外基質，可促進間充質干細胞拉伸及增殖，在體外研究中表現出良好的生物相容性和生物活性。進一步建立大鼠骨質疏松模型并進行顱骨缺損修復研究發現，SiO2-CaO NF/CS支架可促進骨質疏松骨缺損修復和血管生成，在骨質疏松性骨缺損修復中展現出巨大的應用潛力。
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