Bioactive glasses as reactive biomaterials: Dissolution-driven structure-function relationships and predictive modelling

doi:10.1016/j.actbio.2026.08.005

Bioactive glasses as reactive biomaterials: Dissolution-driven structure-function relationships and predictive modelling

2026-09-01

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PRE

AI

A

Amirhossein Moghanian *

A

Ahmet Akif Kızılkurtlu

A

Arang Pazhouheshgar

M

Mohammad Nasr Esfahani

Håvard Jostein Haugen *

DOI：10.1016/j.actbio.2026.08.005

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生物活性玻璃（BGs）是反应性生物材料，其生物学效应源于溶解过程：离子交换、pH演变、表面层形成和磷酸钙沉淀。因此，其性能不仅由名义组成决定，还受玻璃结构、加工工艺、结晶度、表面积、形状因子、介质和测试方案的影响。本篇批判性叙事综述将BG的生物活性重新定义为时间分辨的结构-溶解-功能问题，并审视当前哪些预测性主张是合理的。我们区分了直接BG证据与机制相关的非BG玻璃研究，以及相邻领域的建模实例。我们讨论了网络连接性、Qn物种、磷酸盐和硼酸盐结构、改性剂种类、结构异质性和可及表面积如何调控离子释放、pH、表面层演化和矿化。硅酸盐、硼酸盐/硼硅酸盐、磷酸盐基和溶胶-凝胶/介孔系统被比较为不同的溶解程序，而非固定的生物活性标签。原子模拟被认为是结构描述符的有用来源，前提是将其与实验溶解和生物数据对比验证。在这些系统中，离子释放曲线、pH和过饱和轨迹、矿化动力学、细胞相容性窗口、抗菌或促血管生成信号以及机械保留力只有在报告了暴露方案后才能解释。当前的建模证据对物理化学输出最为有力，尤其是在特定条件下的溶解和离子释放。预测pH、矿化和细胞反应需要测量的暴露变量、生物元数据和外部验证；体内性能在没有配对数据集的情况下仍属间接。我们总结认为，进展更多地取决于更完善的实验报告，而非更复杂的模型，同时需要明确的误差范围和谨慎的结论界定。重要意义陈述：生物活性玻璃研究常关注磷酸钙是否在模拟体液中形成。本综述认为这种二元标签忽略了核心生物学：玻璃结构、加工工艺、表面积和测试方案定义了溶解、离子释放、pH、表面层演化和细胞及组织所经历的暴露。我们将溶解机制、生物活性玻璃系统和预测建模整合到一个证据层级中，区分了直接生物活性玻璃数据、相关玻璃研究以及更广泛的建模实例。该综述澄清了哪些预测目前可靠、哪些需要更好的数据集、哪些仍属过早。它为报告和验证提供了实用指导，使建模能够辅助实验优先级排序，而无需替代生物测试或夸大体内相关性。

Keyword:

Bioactive glasses

Dissolution

Structure-function relationships

Predictive modelling

Machine learning

Bioactive glasses as reactive biomaterials: Dissolution-driven structure-function relationships and predictive modelling

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