【上图】细胞附着在生物活性玻璃上的板状界面层上。里海大学的研究人员在两篇论文中开始解开结构、蛋白质吸附和细胞附着之间复杂的相互作用。信贷:Thamma et al。，科学报告4.0 (CC)
当涉及到设计植入物和支架时，以帮助伤口愈合，该装置的3D架构扮演着重要的角色在组织一体化。因此，许多研究集中在发展上就不足为奇了制造方法允许精确控制设备的结构．
然而，设备结构和生物性能之间的关系并不总是直接的，特别是在植入物或支架含有生物活性玻璃的情况下。
当植入物和支架含有生物活性玻璃时，在器件的表面上形成羟基磷灰石/碳酸羟基磷灰石（HA / CHA）界面形成。来自血液和间质液的蛋白也很快吸附到表面上。
因此，代替身体的细胞直接与装置的表面相互作用，而是通过该蛋白质填充的界面层介导的相互作用。“这些交织的变量使得建立纳米结构具有挑战性的作用，并进一步使最佳材料的设计复杂化，”研究人员在最近写作开放获取的纸．
研究人员来自Lehigh大学，由此引领Himanshu耆那教徒的， T.L. Diamond工程与应用科学杰出主席，材料科学与工程教授。加入他的还有细胞生物学教授马蒂亚斯•福尔克和博士生Tia Kowal（现在斯坦福医学的博士后研究员）和乌克兰泰国（现在讲Mongkut大学的泰国王讲师）。
在他们的研究中，他们解释说，他们在2018年首次开始研究器件结构、界面层和细胞附着之间的关系，当时他们发表了一篇论文纸特别关注第一部分的关系(设备结构和界面层)。
在那篇论文中，他们制备了30 mol% CaO-70 mol% SiO纳米孔2（30C70S）玻璃整料，具有相同的比表面积，但不同的纳米孔尺寸（6-44nm）。测试显示纳米孔尺寸对界面层形成的复杂影响。
“由于PO的扩散取决于孔隙大小43−他们在2018年的论文中写道:“我们观察到了两种HA/CHA的形成途径:仅在表面上的平原沉积，以及在纳米孔内与表面沉积一起形成HA/CHA。”“在纳米多孔玻璃整体块表面形成的HA/CHA层的厚度是由Ca的孔隙尺寸限制运输决定的２＋通过离子交换从纳米多孔玻璃基板中渗出的离子。“
在这篇新论文中，他们通过研究HA/CHA微结构对小鼠MC3T3-E1前成骨细胞附着的影响来进一步研究这些结果，“HA/CHA微结构形成了细胞和生物材料之间的界面层”。(成骨细胞是形成新骨的细胞。)
他们再次使用纳米多孔30C70S玻璃进行研究，并将其制备成具有长针状、平板状、花状和短针状四种不同微观结构的HA/CHA层。实验结果表明，板状结构使附着的前成骨细胞的平均密度和大小最高，显著增加，其次分别为长针状、短针状和花状。
这些结果表明，HA/CHA的微观结构与细胞附着之间存在直接的相关性。然而，研究人员指出，平板状和花状的微观结构，显示了显著不同的细胞附着百分比，形状相似。因此，“细胞附着和粘附并不仅仅与HA/CHA形态相关。”
此外，研究人员指出，在现实应用中，在细胞附着、增殖或分化发生之前，蛋白质就会自发地吸附在生物材料表面。研究人员写道:“因此，为了解释细胞在不同HA/CHA微观结构上附着和粘附的差异，了解被吸附蛋白的数量和结构/构象如何受到HA/CHA微观结构的影响是有利的。”
当研究人员测试三种不同类型的蛋白质对HA/CHA微观结构的吸附时，他们发现长针微观结构的吸附率最高，而板状结构排在第三位，仅次于短针结构。当先前获得的细胞附着数据被绘制成蛋白质吸附的平均百分比的函数时，趋势线拟合得很差，“表明细胞附着与吸附[蛋白质]的数量不密切相关。”
由于吸附蛋白质的数量不能解释细胞粘附，研究人员随后使用衰减全反射傅里叶变换红外光谱仔细观察吸附蛋白质的形状。这种调查方法取得了突破。
研究人员发现，细胞附着水平与其β表结构中牛血清白蛋白(BSA)的比例呈正相关。研究人员写道:“虽然BSA不被认为是促进细胞附着的直接作用，……随着β-sheet/α-helix比率的增加，附着细胞的密度和平均大小也增加，这表明BSA在吸附时的展开增强了最初的细胞附着。”
目前还不完全清楚HA/CHA微观结构如何影响吸附蛋白的形状，但一种可能的解释是界面层的Ca２＋/ PO43−比率可以吸引不同的功能性BSA多肽基团，“导致BSA的不同构象吸收在各种HA / CHA微观结构上。”
总之，研究人员报告称，“通过细胞附着和形态量化的细胞反应与纳米孔大小、HA/CHA层微/纳米形态或吸收蛋白量(牛血清白蛋白，BSA)无关，但与BSA的次级构像(β-sheet/α-helix ratio)有关。”
在利哈伊新闻稿，Jain解释了为什么结果如此重要。
“还有一些人研究了界面蛋白层，”他说，“但是这项工作第一次直接明确地显示了基质的某些纳米级特性是如何影响蛋白质界面的二级分子结构的，而这些二级分子结构反过来又会影响比它大数千倍的细胞的反应。”
2018年论文，发表于生物医学材料研究杂志,是“纳米孔径对生物活性硅酸钙模型玻璃上羟基磷灰石性质的影响”(DOI: 10.1002 / jbm.b.34184)。
发表于2021年的开放获取论文科学报告,是“生物活性玻璃的纳米结构通过吸附后的蛋白质重组影响骨细胞附着”(DOI: 10.1038 / s41598 - 021 - 85050 - 7)。