三、微纳米拓扑形貌在组织工程及植入材料中的应用
尽管我们总结了不同拓扑形貌对细胞行为的影响，并讨论了这其中可能的生物学机制。但是这些研究大部分是在惰性材料上进行的，对临床应用的指导有限。只有将这些微纳米结构应用到生物活性材料上才真正具备临床指导价值。正是基于这样的考虑，越来越多的科研工作者开始关注生物活性材料上的拓扑形貌对细胞命运及组织再生的影响。这里我们以骨组织工程材料为例，介绍表面微纳米拓扑形貌在促进材料成骨方面的应用。
生物活性陶瓷是常见骨组织工程材料，但对于陶瓷表面微纳米结构的研究却是非常有难度的，主要是由于陶瓷本身的脆性使得其并不适用于常规的微加工方法。我们使用网状尼龙筛作为模板在羟基磷灰石上构建出微米图案，与传统的具有平坦表面的生物陶瓷相比，表面具有微图案的陶瓷表现出更好的细胞黏附、增殖和成骨分化性能力。此外，我们还通过硬模板转化法在磷酸三钙陶瓷表面构建不同的微米尺度和纳米尺寸HA结构。有趣的是，与单独纳米尺度结构或微米级尺度结构相比，微纳米杂化结构表现出更好的体内外成骨生物活性。除块体陶瓷材料外，具有纳米结构的介孔生物活性玻璃和硅酸钙涂层也能促进材料的体内新骨长入，从而显著提高医用植入材料的临床效果。
目前，钛植入材料仍然是主要的临床用骨植入材料，通过阳极氧化在钛表面形成二氧化钛纳米管能够增强材料与骨组织的结合，并且加强植入界面上的新骨形成。这可能是由于二氧化钛纳米管上调了组蛋白H3在赖氨酸4（H3K4）上的甲基化水平，从而进一步促进了成骨基因Runx2和骨钙素的表达。实验表明，直径为70nm的二氧化钛纳米管表现出最佳的促骨整合与骨形成能力。除了TiO2纳米管，还可以通过酸处理在钛表面获得纳米多孔结构、通过模板化阳极氧化在钛表面形成的纳米柱结构、通过纳米压印在钛植入物上制备的不同的纳米结构，这些拓扑形貌也能够促进钛植入体的骨结合以及骨形成能力。在其他组织工程应用中，如膀胱组织工程、神经组织工程和血管组织工程中，适当的微纳米形貌特征也表现出积极的促进效果，所以将微纳米形貌与组织工程材料相结合将是提高材料生物学性能的有效途径。