💡这项突破是什么?
骨组织精细的多级结构是其独特的力学和生物学功能的基础，而在胶原合成与矿化等骨修复过程中细胞需要大量能量。现有支架材料虽然可以构建大孔通道结构，但难以模拟天然骨的精细结构，且局部存在能量供应不足问题，限制了骨再生效率。有趣的是，在自然界中灵芝菌丝与植物根系可以形成高效共生结构体系。菌丝为植物体提供水分和营养物质，植物体为菌丝提供生长框架，形成物质交换的连续通路。同时灵芝菌丝也能在生长过程中自发交织，构建高比表面积和微纳米级多孔的三维网络。受到这一特性启发，我们将生态学中共生结构体系转化为生物材料工程策略：以3D打印生物陶瓷为‘植物体’框架，调控菌丝体在生物陶瓷框架中自生长，形成兼具仿生多级结构和生物活性组分的菌丝体生物陶瓷共生支架，解决当前组织工程与再生医学领域的细胞能量代谢难题。
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员、马红石副研究员团队，在灵芝菌丝体生物陶瓷共生支架促进骨再生领域取得重要进展。研究团队提出了一种仿生共生工程策略，通过改变培养条件、外场光照等，动态调控灵芝菌丝体生长状态，实现在3D打印生物陶瓷表面及百微米级中空管道内部自生长出菌丝体纳米结构。研究发现该支架中菌丝多级结构可以激活YAP/Piezo机械传导信号通路，同时作为‘活性成分库’，持续释放包括多种离子与葡萄糖在内的生物活性组分。这一过程协同重塑了干细胞的能量代谢模式与线粒体功能，从而显著上调成骨相关基因与蛋白的表达促进成骨分化。动物体内实验进一步证实，菌丝体生物陶瓷共生支架在植入兔股骨髁部骨缺损后，能够显著增强体内能量代谢，促进新生骨组织长入，实现高效骨缺损修复。该研究提出微生物自生长与3D打印技术相结合的生物制造新方法，有望为构建加速骨组织再生的仿生材料提供一种新策略。
该研究成果以‘Biomimetic Symbiotic Engineering: Mycelial Bioceramics to Activate Energy Metabolism for Enhanced Osteogenesis’为题，发表在Advanced Materials期刊上（Advanced Materials，2026，DOI:10.1002/adma.202516328），并申请了一项发明专利。论文的第一作者为上海硅酸盐所博士研究生黄吉意，通讯作者为吴成铁研究员和马红石副研究员。相关研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委、中国科学院青年创新促进会等基金/项目的资助。
