Akhilesh K. Gaharwar是生物医学工程系副教授和总统影响研究员，也是美国医学和生物工程研究所的研究员，他领导着这个团队。研究人员已经开发出水稳定的二维共价有机框架(COF)纳米颗粒，可以指导人类间充质干细胞向骨细胞的分化。

二维COFs(多孔有机聚合物)由于其结晶度、有序可调的多孔结构和高比表面积而受到了广泛的研究关注。然而，将COFs加工成纳米材料的困难，以及它们较差的稳定性，限制了它们在再生医学和药物输送方面的应用。需要新的方法来为这些COFs提供足够的生理稳定性，同时保持它们的生物相容性。

Gaharwar的团队通过将COFs与两亲性聚合物结合，增强了COFs的水解(水)稳定性。两亲性聚合物是一种包含疏水和亲水成分的大分子。这种以前没有报道过的方法使COFs具有水的分散性，从而使这些纳米颗粒能够在生物医学上应用。

Gaharwar说:“据我们所知，这是第一份证明COFs能够引导干细胞向骨组织方向发展的报告。”“这项新技术有可能影响骨再生的治疗。”

研究人员发现，即使在较高浓度下，2D COFs也不会影响细胞的生存能力和增殖。他们观察到这些2D COFs表现出生物活性，并将干细胞引向骨细胞。初步研究表明，这些纳米颗粒的形状和大小可以赋予这种生物活性，并且需要进行进一步的深入研究以了解其机理。

这些纳米颗粒是高度多孔的，加哈尔瓦的团队利用了这种独特的特性来给药。他们能够将一种名为地塞米松的成骨药物加载到COF的多孔结构中，以进一步促进骨的形成。

该研究的资深作者、生物医学工程系的博士后研究员Sukanya Bhunia说:“这些纳米颗粒可以延长药物向人类间充质干细胞的输送时间，这种干细胞通常用于骨再生。”“药物的持续递送导致干细胞向骨谱系的分化增强，这项技术可用于骨再生。”

Gaharwar指出，在提供了概念验证之后，该团队的下一步研究将是在患病模型中评估这种纳米技术。

这些发现对于未来生物材料的设计具有重要意义，可以为组织再生和药物输送应用提供指导。

研究结果发表在高级医疗保健材料日报》。其他研究参与者包括来自德州农工大学生物医学工程系的Manish Jaiswal、Kanwar Abhay Singh和Kaivalya Deo。这项研究得到了美国国立卫生研究院下属的国家生物医学成像和生物工程研究所的支持。