马里亚纳・约尼策

从生物活性石墨烯基复合材料到人工智能驱动的智能生物材料：推进骨组织再生

　　骨组织再生仍然是再生医学中的一项重大挑战，尤其是在治疗临界尺寸缺损和复杂病理状况（包括与多发性骨髓瘤相关的骨损伤）方面。尽管骨具有显著再生能力，但成功修复需要结构支撑、生物信号传导、血管化和细胞活动的协同相互作用。这些需求推动了骨替代物从被动的生物相容性材料向具有生物活性、骨传导性和骨诱导性的系统演变，这些系统能够主动影响再生微环境。

　　在新兴生物材料平台中，石墨烯及其衍生物因其独特的物理化学性质以及在材料-细胞界面调节相互作用的能力而引起了广泛关注。当石墨烯基纳米材料被引入聚合物基质时，可改善力学性能、表面功能和生物响应性。重要的是，经过适当设计的石墨烯基复合材料已显示出支持成骨细胞黏附、增殖和成骨分化的潜力，同时影响与骨形成相关的细胞信号通路。因此，将其整合到多功能生物材料中，为增强骨传导性和促进骨诱导反应提供了有前景的机遇。

　　从传统支架向先进可打印配方的转变，进一步拓展了个性化骨再生的可能性。通过将石墨烯基纳米复合配方与3D（生物）打印相结合，能够制造具有受控几何结构、孔隙率、力学性能和生物功能的分级架构。这些方法为将材料组成、结构设计和细胞-材料相互作用整合到适应特定生物学需求的再生构建体中创造了机会。

　　下一个前沿在于超越预定结构的制造，迈向智能、自适应生物材料和自主生物制造。人工智能、计算建模、先进材料配方和实时过程监测的融合，为预测材料行为、优化可打印性和生物学性能，并逐步开发自调节制造策略提供了新机遇。在这一新兴范式中，生物材料被设想为不仅是结构替代物，而是能够响应生物信号并支持更精准、个性化再生干预的功能系统。

致谢：欧盟“下一代欧盟”工具，通过罗马尼亚国家复苏与韧性计划，由研究、创新和数字化部资助，项目名称为“骨再生及多发性骨髓瘤相关并发症的先进与个性化解决方案”，合同号760093/23.05.2023，代码CF 213/29.11.2022；以及欧盟“地平线欧洲”2021-2027研究与创新框架计划，在协调与支持行动HORIZON-WIDERA-2022-TALENTS-01（资助协议编号101087007 - eBio-hub）下资助。