生物矿化是牙、骨等硬组织特有的发育过程，在天然骨组织的形成过程中，非胶原蛋白调控着整个矿化的进程。这些非胶原蛋白最主要的特征是富含羧基，呈阴离子特性。基于这一特性，传统的仿生矿化机制认为，带负电的非胶原蛋白（或其类似物）可稳定钙磷溶液，形成带负电荷的矿化前体。基于正负电荷相吸的库伦引力理论，带负电荷的矿化前体与带正电荷的胶原位点间相互吸引，成为进入纤维内矿化的动力。基于这一理论，国内外几乎所有的仿生矿化研究都集中于聚阴离子诱导的纤维内矿化上。
空军军医大学陈吉华教授、奥古斯塔大学郑智明（Franklin R. Tay）教授和乔治亚理工学院蒋胜孙（Seung Soon Jang）教授（牛丽娜为第一作者）采用冷冻透射电镜、改良液相色谱、计算机三维模拟和液相原子力显微成像等技术，通过对鼠尾胶原、重组的牛皮胶原、脱矿的牙本质胶原、脱矿的骨胶原等多种胶原模型进行矿化机制研究，成功采用聚阳离子复合物聚丙烯氯化铵实现了胶原的纤维内矿化，并进一步证实胶原纤维具有半透膜的性质，小于6KDa（千道尔顿）的分子可以自由通过胶原纤维的内部间隙，大于40KDa的分子无法进入胶原纤维的内部间隙。由于矿化系统中所使用的聚电解质分子量较大，那么会被部分或者全部排出在胶原纤维之外，同时由于这些聚电解质带有大量的电荷，从而在胶原内外环境间形成Gibbs-donnan平衡（唐南平衡），也就是电荷和渗透压的双平衡。基于上述研究结果，该课题组发现了一种新的能够诱导纤维内矿化的聚阳离子，率先提出并证实了基于渗透压和电荷平衡的纤维内仿生矿化理论，从而挑战了经典的库伦引力诱导纤维内矿化的理论，补充了纤维内矿化的机制，在生物矿化机制研究领域中具有重要意义，为实现牙、骨等硬组织损伤修复与再生提供了新的理论支撑。
Sci. Adv.：自噬LC3+钙化细胞外囊泡引发骨关节炎软骨钙化
病理性软骨钙化在骨关节炎的进展中起着重要作用，但钙化细胞外囊泡（EVs）的来源及其影响尚不清楚。空军军医大学Jiao Kai、牛丽娜教授和乔治亚摄政大学郑智明教授证明了病理性软骨钙化发生在骨关节炎的早期，钙化的EVs与骨关节炎密切相关。研究发现，携带矿物质的自噬体可在EVs中释放，而钙化是由那些自噬调节的钙化EVs诱导的。其中，自噬衍生的微管相关蛋白1A/1B轻链3B（LC3）阳性EV是引发病理钙化的钙化EV的主要群体。LC3阳性钙化EVs的释放是由组蛋白脱乙酰酶6（HDAC6）介导的微管不稳定导致的自噬流量阻断引起的。对此，HDAC6活性的抑制则可以阻断软骨细胞释放LC3阳性钙化EVs，并有效逆转软骨的病理钙化和降解。该工作所发现的，来自自噬体的钙化EVs在骨关节炎中引发病理性软骨钙化的机制，具有潜在的治疗靶向意义。
Angew：多相纤维内胶原矿化
过去，两个主要的生物矿化基序，生物硅化和生物钙化，被认为是两个离散的过程。然而越来越多的证据表明，生物二氧化硅和钙基生物矿物之间存在着不可分割的关系。最近在一属脱海绵动物（Verongida）中发现了一种独特的二氧化硅-几丁质-霰石生物复合材料，并基于此发现了一种多相分级生物矿化的新机制。虽然大量的研究在开发二氧化硅/钙基有机-无机杂化物方面付出了相当大的努力；然而，所使用的技术都无法赋予其与天然对应物相似的复合性质。
空军军医大学陈吉华教授和乔治亚摄政大学郑智明（Franklin R. Tay）教授（牛丽娜为第一作者）等人报道了一种自下而上的仿生生物矿化策略，该策略可实现具有分级排列的二氧化硅-磷灰石多相矿物的胶原纤维内矿化。该矿化机制涉及分级硅化胶原纤维内空间内聚合物诱导的无定形磷酸钙前体的沉淀和晶体生长。研究证明了，硅化胶原模板化纤维内磷灰石的形成为无脊椎动物中多相矿化骨骼的形成提供了模型，并且由于无定形二氧化硅、胶原和结晶磷灰石的互穿排列，还产生了具有增加的抗疲劳性和回弹力的生物复合物；由于这些多相组分的存在，生物复合材料还表现出增强的生物活性、生物相容性和矫正骨缺损的潜力。
Angew： 纤维性胶原蛋白中二氧化硅的浸润
硅藻截头体（硅藻的坚硬多孔细胞壁）是在接近生理条件对生物分子（硅烷、硅烷酸和长链多胺）进行控制而产生的。生物二氧化硅的形成机制传统上基于两性离子水溶性蛋白质为二氧化硅聚合创造大分子组装体的能力。最新研究则发现某些海绵生物二氧化硅针状物中具有水不溶性胶原基质，海绵和硅藻生物二氧化硅形成中的几丁质基支架，以及硅藻带内的扣带蛋白等等，都使人们重新开始使用不溶性仿生有机模板控制无孔二氧化硅结构形态的发生。然而，使用原纤维胶原作为生物二氧化硅合成的模板在过去是不成功的，因为只观察到原纤维外二氧化硅沉积，。因此，从生物物理角度来看，胶原的纤维内矿化具有重要意义。
空军军医大学陈吉华教授和乔治亚健康科学大学郑智明（Franklin R. Tay）教授（牛丽娜为第一作者）等人报道了一种胶原生物硅化方案，该方案基于稳定的聚硅酸在渗透到富含多胺的胶原中时融合到流体前体相中。后者用作前体相聚合成二氧化硅的模板和催化剂，可如实地再现胶原三级结构。我该发现为不需要磷酸盐补充剂的生物二氧化硅材料合成提供了一个新概念和基础。
Adv. Mater.：促进骨愈合的RNA多功能纳米机器人
RNA分子具有丰富的化学功能，能够在外界刺激下自组装形成不同的纳米结构。它们可以与无机材料结合，制造出纳米机器人，以受控的方式将货物运送到目标地点，并对环境变化做出动态反应。与生物细胞相比，程序化RNA纳米机器在体外具有促进骨愈合的潜力。
空军军医大学牛丽娜教授、Kai Jiao以及美国奥古斯塔大学郑智明（Franklin R. Tay）教授等人合作开发出一种RNA生物纳米机器人，它可以完成胶原支架的纤维内和纤维外的矿化，从而模拟体外骨骼的形成过程。分子动力学模拟表明，非共价的氢键为这些RNA生物纳米机器人的自组装提供了能量来源。本文在体内将RNA生物纳米机器掺入胶原支架中，在骨缺损内创造了一个骨诱导微环境，从而有利于快速的成骨过程。在RNA生物纳米机器人中加入RNA降解酶会产生一个停止信号，从而抑制骨和牙齿以外的组织中不必要的骨骼的形成。RNA在构建功能性纳米结构方面的潜力在过去一直被低估。RNA生物纳米机器人参与生理过程的概念可能改变生命科学中的纳米世界。
Adv. Mater.综述： 微生物介导的细胞外和细胞内矿化
微生物介导的矿化在自然界中普遍存在，涉及细菌、真菌、病毒和藻类。这些矿化过程包括钙化、硅化和铁矿化。矿物形成的机制包括细胞外和细胞内生物矿化。微生物的矿物沉淀能力通常可用于绿色合成金属纳米颗粒，与通过物理或化学方法合成的金属纳米颗粒相比，由生物矿化介导合成的金属纳米颗粒的毒性相对较小。因此，微生物介导的矿化具有重要的应用，从污染物去除和非活性载体，以及其他工业和生物医学应用方面都有巨大的前景。空军军医大学牛丽娜教授和美国奥古斯塔大学郑智明（Franklin R. Tay）教授阐明了自然界中发生的不同类型的微生物介导的生物矿化，它们的机制及其应用，为未来的研究奠定了基础。
Adv. Funct. Mater.：受天然细胞外核酸启发的DNA材料设计
DNA是由脱氧核糖核苷酸组成的大分子聚合物，其通常被认为存在于真核细胞的细胞核内，与组蛋白结合产生核小体。近年来，DNA由于具备良好的生物相容性、分子识别能力和序列的可编程性，已被广泛作为一种通用型生物材料，用于构建各式各样具有精确尺寸和特定形状的纳米结构。这些合成的DNA材料包括适配体、脱氧核酶、分子信标、人工染色体、DNA折纸、DNA纳米复合材料、DNA水凝胶和DNA疫苗等。随着DNA材料的快速发展，如何提高其生物稳定性和生物安全性成为了科学家们关注的焦点。DNA材料进入人体后易被体液中的DNase降解，并且其通过生物膜的能力十分有限，这些缺点都限制了DNA材料的临床应用。
空军军医大学牛丽娜教授系统回顾了DNA合成材料的发展历程、结构设计与功能优势，从天然细胞外核酸中汲取灵感，在生物安全性、药物递送靶向性等方面对DNA合成材料的设计进行具体讨论。众多的DNA合成材料可以从结构设计和代谢途径等方面以天然细胞外核酸分子为参考，进一步提高其生物稳定性和生物安全性。然而，其距离临床转化仍有较长的一段路程：首先，DNA的形状、大小、表面电荷和以及核酸酶在不同细胞和组织中的浓度分布已被证明会影响材料的稳定性，如何进行溶酶体逃逸也是提高DNA合成材料的稳定性的关键问题之一；其次，对于包含无机纳米颗粒的DNA合成材料，无机纳米颗粒带来的肝肾损伤风险仍需进一步深入研究。此外，当外来合成基因进入人体时，有被整合到宿主基因组中的风险。DNA合成材料所携带的核酸是否会导致癌基因激活或抑癌基因失活同样值得关注；最后，DNA合成材料作为外来物质，可能导致自身抗dna抗体产生并激活相关信号通路，最终引起炎症或自身免疫性疾病的发生，因此人体耐受的最大外源性DNA含量有待进一步确定。相信随着DNA合成材料的发展和对天然细胞外核酸的研究进一步深入，所讨论的现有问题将逐步得到克服。天然细胞外核酸将为DNA合成材料的设计与应用带来突破。
Adv. Funct. Mater.综述：腱骨结合界面中细胞表型梯度的形成机制与仿生修复策略
腱骨结合界面作为软硬组织界面的一个经典示例普遍存在于人体之中，并与人们日常的劳作运动息息相关。然而，创伤、疲劳都会导致该界面的破坏，同时界面区手术治疗困难，二次损伤发生率较高。腱骨结合界面最常见的损伤部位是肩部的肩袖肌腱和膝盖的前交叉韧带。上述部位的损伤会严重影响患者的生理活动及其生活质量。为了解决上述临床问题，近年来国内外学者设计开发出多种界面组织工程仿生修复策略。
空军军医大学牛丽娜教授发表综述文章，系统分析了腱骨结合界面细胞表型梯度的调控机制，并介绍了近年来国内外学者针对腱骨结合界面的各种仿生修复策略。这篇综述文章阐明了腱骨结合界面的梯度组成，讨论了相关的影响因素和调控机制，介绍了多种腱骨结合界面的梯度组织工程修复策略，以期为界面组织工程的研究提供启示。同时，探索模拟细胞表型梯度的方法对于重建腱骨结合界面的未来临床应用具有不可忽视的指导意义。文章同时提到，近年来天然植物衍生化合物在调节软硬组织界面的发育方面取得了一些成功，这有望为界面组织工程的未来研究提供一个新的思路。
Adv. Sci.：细胞外核糖核酸对骨关节炎神经血管化的影响
骨关节炎是一种退行性疾病，其特征是骨软骨连接处的神经血管异常，其调节机制尚不清楚。空军军医大学Kai Jiao、牛丽娜教授和奥古斯塔大学郑智明（Franklin R. Tay）教授使用一种在骨软骨连接处增强神经血管化的小鼠骨关节炎模型来检查这种退行性关节功能障碍.作者在神经血管化的骨关节炎关节中发现细胞外RNA（exRNA）含量增加。研究进一步发现，exRNA的量与神经血管化程度和血管内皮生长因子（VEGF）的表达呈正相关。体外结合分析和分子对接表明，合成RNA通过静电相互作用可与VEGF结合，形成的RNA-VEGF复合物可促进内皮祖细胞和三叉神经节细胞的迁移和功能。VEGF和VEGFR2抑制剂的使用显著抑制RNA-VEGF复合物的扩增。RNase和聚乙烯亚胺对RNA-VEGF复合物的破坏降低了其体外活性，并防止了体内过度的神经血管化和骨软骨退化。本研究的结果表明，exRNA可能是在生理和病理关节条件下调节神经和血管向内生长的潜在靶点。
Adv. Sci.：细胞外DNA:异位矿化发病机制中的缺失环节
尽管脱氧核糖核酸（DNA）是生命本质的遗传编码，但这些大分子或其成分在细胞死亡后并不一定会丢失。而细胞外DNA和生物矿化之间所存在的联系至今还未被阐释清楚。
空军军医大学牛丽娜教授证明了细胞外DNA作为胶原纤维内矿化引发剂的作用。体外和体内生物矿化模型证实了这一点。由于其聚阴离子性质，细胞外DNA分子能够在24小时内稳定过饱和磷酸钙溶液并完全矿化2D和3D胶原基质。细胞外DNA在胶原生物矿化中的有效性归因于通过氢键将DNA吸引到胶原原纤维而触发的无定形液滴的相对稳定形成。这些发现表明，细胞外DNA在制造用于组织工程的无机-有机杂化材料方面具有仿生意义。DNA诱导的胶原纤维内矿化为不同身体组织异位矿化的发病机制提供了线索。而DNase在靶向组织部位靶向细胞外DNA的用途为治疗与异位矿化相关的疾病提供了一种潜在的解决方案。
Adv. Funct. Mater.综述：纳米羟基磷灰石在肿瘤进展中的双面性
纳米羟基磷灰石（nHAP）具有纳米尺寸、高比表面积、生物相容性和低细胞毒性等优点，具有广泛的应用前景。研究人员最近发现，体外合成的nHAP可以抑制不同类型肿瘤细胞的生长。纳米羟基磷灰石具有强大的药物吸附和负载能力，在肿瘤诊断和治疗中具有潜在的应用前景。然而，由于局部肿瘤和肿瘤转移区域也会在体内产生病理性nHAP以促进疾病进展和侵袭，因此nHAP在肿瘤发生和发展中的作用被许多研究认为具有双面神（Janus）一样的双面作用。
空军军医大学牛丽娜教授、Kai Jiao和奥古斯塔大学郑智明（Franklin R. Tay）教授在本综述中，阐明了与肿瘤相关的两种类型的nHAP（体外合成的和体内产生的）、它们在肿瘤进展中的机制以及它们在肿瘤治疗中的应用，为未来在这个令人兴奋但有争议的领域进行研究奠定了基础。然而，nHAP参与肿瘤发生和发展的分子机制依然有许多待解释的方面。因此，有必要进一步探索nHAP的物理化学性质与肿瘤微环境之间的相互作用，以进一步了解如何最好地利用nHAP来预防和治疗肿瘤转移。
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