二、生物活性离子诱导血管新生

血管生成是组织再生的一个很重要的环节，血管新生的过程包括内皮细胞的迁移、增殖和分化，最终引起新血管的生成。这一过程是由体内血管生成的化学信号所控制的，这一信号刺激新血管生成的同时也会修复受伤的血管。本部分将总结一些对血管新生有促进作用的生物活性离子。

镁（Mg）离子可以刺激内皮细胞一氧化氮的生成，后者可以抑制血管抑素（一种血管生成抑制剂）的表达从而促使内皮细胞增殖迁移，同时促进一系列促血管生成因子的表达，如血管内皮生长因子（VEGF）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）和转化生长因子-β（TGF-β）等，促进血管生成。

铜（Cu）离子是常见的血管生成剂，其作用机制是通过刺激低氧诱导因子HIF1 α的表达和功能，进而刺激VEGF表达，促进内皮细胞增殖迁移。Hu等人发现，铜离子对于人脐静脉血管内皮细胞的刺激作用较为显著，但对真皮纤维原细胞和动脉平滑肌细胞没有作用。Gerard进一步发现，铜离子与成纤维生长因子FGF-2联用具有协同促进血管生成作用。因此，许多研究者在进行材料设计时都会掺杂铜离子以促进血管新生。比如，Barralet将硫酸铜与磷酸钙复合可促进血管化，促进伤口愈合，他们发现铜离子可提高内皮细胞活性，促进其释放生长因子，促进胶原酶的合成，帮助内皮细胞迁移。

硼（B）离子除了有促进成骨作用外，也有一定的促进血管新生作用。Durand等人评价了掺硼生物活性玻璃（在45S5系统中掺杂质量分数为2%的B₂O₃）的离子溶解产物的促血管生成效果。实验对象为胚胎鹌鹑绒毛膜（CAM），研究发现胚胎鹌鹑CAM中的整合蛋白avb3的表达有所提高，且血管密度有了进一步的增加。更重要的发现是，用该离子溶解产物处理CAM 2天和5天后观察到的血管生成效果与用10mg/ml成纤维细胞生长因子处理CAM后的效果相当。这些结果表明，该材料释放出的溶解产物硼离子能够刺激体内血管生成。

钴（Co）离子作为常用的促血管生成的生物活性离子，作用机制主要是通过模拟低氧状态，稳定HIF-1 α，从而刺激促血管生成因子的分泌，因此，许多有关生物陶瓷或玻璃的研究中都通过掺杂钴离子来刺激血管新生。Quinlan等把含有钴离子的可吸收生物活性玻璃颗粒制备成生物活性玻璃/胶原糖胺聚糖支架并对其进行生物学评价。体外分析表明，掺入平均粒径为100μm的钴生物活性玻璃显著增加内皮细胞中VEGF的表达。此外，研究结果证明该支架有支持成骨细胞增殖和骨生成的能力。类似地，Kulanthaivel等人合成了钴掺杂的羟基磷灰石，研究发现，钴的掺杂很大程度上提升了细胞活力和增殖能力。而且钴掺杂还提高了分化标志物（Runx2和Osterix）的表达且促进更多的结节形成，因此可以诱导骨细胞的分化。此外，钴掺杂的羟基磷灰石样品显著增加骨细胞（MG-63）中HIF-1 alpha和VEGF的表达，有效促进血管生成。

镍（Ni）离子也具有类似于铜（Cu）离子和钴（Co）离子的作用，Priya通过湿化学法合成了Ni²⁺掺杂的纳米羟基磷灰石（nHAp）并进行表征。分析发现镍离子的掺杂不引起晶体结构的显著变化，但降低nHAp的结晶度。在样品中没有观察到表面积、ζ电位和蛋白质吸附的主要变化。生物学表征显示，镍离子掺杂以浓度依赖的方式影响骨细胞（MG-63）的细胞活力、增殖和分化。ELISA和RTPCR研究显示，与对照相比，镍离子掺杂的nHAp可诱导细胞表达VEGF。通过免疫细胞化学和RT-PCR分析发现，HIF-1 α的表达也有所增加。因此镍离子掺杂纳米羟基磷灰石可以通过稳定HIF-1 α，诱导VEGF表达，最终促进血管生成，故可作为促进血管生成的生物材料用于骨组织工程。

研究证实，硅（Si）离子可以促进人真皮成纤维细胞和脐静脉内皮细胞表达VEGF，上调eNOS的合成，从而促进血管新生。我们研究团队深入探究了硅酸钙（CS）与人皮肤成纤维细胞（HDF）和人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的共培养的血管新生效果。研究发现CS离子浸提液可以在共培养的HDF中刺激血管内皮生长因子（VEGF）的表达，并增强共培养的HUVEC中VEGF受体（KDR）的表达，刺激内皮一氧化氮合酶和一氧化氮的产量增加，最终促进血管新生。其中，共培养的 HUVEC中的血管内皮钙黏蛋白的表达被上调，并且钙黏蛋白集中在细胞连接处以促进血管形成。因此硅离子被证实在硅酸盐生物陶瓷诱导血管新生中起重要作用，且有效的硅离子浓度约为0.7～1.8μg/ml。

此外，磷（P）离子对于调控血管新生也具有积极作用，它可以增加 VEGF、MMP-2、bFGF以及FOXC2的表达。