报告题目:

各向异性导电水凝胶调控骨髓间充质干细胞成骨分化的力学生物学机制研究

报告人:

武晓刚

所在单位:

太原理工大学

报告人简介:

武晓刚，男，博士后/教授/博导，中国生物医学工程学会生物力学、康复工程分会委员，世界华人生物医学工程协会（WACBE）终身会员、青年委员会成员，山西省康复医学会骨伤康复专业委员会常务委员。山西省高等学校“优秀青年学术带头人”，山西省高等学校“131优秀中青年拔尖创新人才”、山西省“三晋英才”，美国纽约州立大学石溪分校访问学者。就职于太原理工大学人工智能学院生物医学工程系，太原理工大学教学委员会委员、“医工融合研发基地”负责人。主要从事生物力学、骨科植入物、康复矫形器具设计等方面的研究。担任国家自然科学基金、博士后基金和教育部学位论文评审专家。主持国家基金项目3项，博士后基金1项，省部级项目5项。发表第一/通讯学术论文50余篇（包括Sci. China Phys Mech，Eur J Mech A-Solid，J Biomech, Ann Biomed Eng, Appl Math Mech-engl，《力学进展》等）。出版专著1部，获得山西省自然科学奖二等奖1项，授权第一发明人国际专利4项，国内专利15项（转化4项），实用新型专利6项，软件著作权3项。

报告摘要:

骨组织工程支架的仿生设计需兼顾力学适配与电生理微环境模拟，以精准调控细胞行为并加速骨再生。天然骨组织的各向异性结构与电活性在骨代谢与修复中起关键作用，而传统修复材料因结构均质与导电性不足，难以实现动态耦合。本研究通过磁场诱导构建各向异性导电水凝胶（FMPA），将Fe3O4@MXene的磁电功能与聚乙烯醇结合，探究其协同力电刺激调控骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化的作用。利用Fe3O4超顺磁特性调控MXene定向排列，经化学交联固定，形成轴向导电网络与力学梯度。结果表明，FMPA具有显著的各向异性力学与电学性能，优于纯PVA和未取向的各向同性水凝胶，有效模拟骨力电微环境。FMPA生物相容性优异，协同电刺激增强细胞活性，BMSCs呈定向生长且铺展面积增大。FMPA显著提升ALP活性、钙结节沉积及成骨基因（RUNX2、COL1A1）表达，并促进初级纤毛伸长与发生率，激活机械敏感离子通道Piezo1，原因可能在于高效电信号传递与力学梯度协同激活Piezo1，揭示水凝胶仿生特性与细胞响应的动态耦合规律，为骨缺损修复提供新策略。