应用于骨组织工程的技术介绍

石墨烯及其衍生材料在促进间充质干细胞成骨分化方面的研究已经在6.3.3小节论述，已有工作证实了石墨烯在骨组织工程中具有很大的应用潜力。

在骨组织修复再生研究中，将石墨烯及其衍生材料掺入骨再生材料中，可以刺激生物矿化过程，并且增加干细胞成骨分化，从而达到骨组织修复和增加骨传导性的目的。[1]例如，生物矿物（如磷酸钙）与石墨烯和GO纳米薄片混合，可以增强生物矿化作用。同时，在矿化的GO或石墨烯与磷酸钙复合材料上生长的成骨细胞，显示出了高生存能力和细长形状。[25]

在石墨烯基材料诱导干细胞成骨分化方面。Lu等设计了一种自支撑的石墨烯水凝胶膜。当石墨烯水凝胶膜植入大鼠模型中时，由于其粗糙的表面形态和优异的机械性能，间充质干细胞的成骨分化得到了增强，从而促进了骨再生。石墨烯水凝胶无序的表面形态可以为蛋白质吸附和细胞生长提供更好的环境。通过非共价键相互作用制备的多孔石墨烯水凝胶与传统石墨烯相比，其具有更高的机械强度，同时保持了水凝胶的机械柔韧性。将石墨烯水凝胶膜植入大鼠皮下部位12周后，水凝胶保持稳定，在周围观察到大量的血管生成，且没有严重的炎症反应。这意味着这种石墨烯水凝胶膜同时具有良好的生物安全性和生物相容性，是用于骨组织工程的理想材料。[26]此外，Xie等通过对比在二维、三维石墨烯支架和传统支架上培养的牙周膜干细胞（Periodontal Ligament Stem Cell，PDLSC）的成骨分化情况，证实了二维和三维石墨烯均能以更高的水平诱导PDLSC向成熟的成骨细胞分化，并推测石墨烯基材料的高弹性模量（1～2.4TPa）可能是自发成骨分化的驱动力。[27]骨的无机部分主要由能支持骨再生的羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HAP）组成，石墨烯基材料与HAP结合可以增强成骨分化和新骨形成。将GO纳米薄片和柠檬酸盐处理后稳定的HAP纳米颗粒悬浮溶液混合，GO纳米薄片和HAP纳米颗粒可以通过胶体化学合成的方式自组装形成三维纳米复合水凝胶，这种复合水凝胶无论在培养间充质干细胞还是前成骨细胞时，都显著促进了自发成骨分化。[28-30]不局限于此，石墨烯基材料还可以与更多复合材料（如硅酸盐）结合来影响成骨细胞分化，如石墨烯材料与硅酸锶结合，当锶离子被包裹到GO和rGO中时，锶离子可以从复合支架中缓慢释放出来并刺激细胞增殖和成骨分化。[31，32] (www.xing528.com)

综上所述，尽管石墨烯及其衍生材料不适合单独作为骨组织工程的支架来应用，但其却可以通过与已有骨组织工程材料相结合，来改善和提高材料的相应性质，并使之更适用于骨组织修复，对已有生物材料性质的改善包括提高机械强度、形成更无序的表面结构等，以更适于蛋白吸附和细胞生长。