IF ：13.3 ！时序释放双因子：功能化水凝胶激活钛合金支架骨整合新策略

本文研究了一种功能化3D打印钛合金多孔支架，该支架通过集成热敏胶原水凝胶与沸石咪唑酯框架（ZIF-8），实现了免疫调节剂4-辛基伊康酸盐（4-OI）与成骨因子骨形态发生蛋白-9（BMP-9）的时序控制释放，显著增强了骨质疏松条件下的骨整合能力。

相关研究思路可参考近年发表于Materials Today Bio的“3D生物打印仿生MOF功能化水凝胶支架用于骨再生”，以及ACS Applied Materials & Interfaces上“钴离子可控释放增强骨再生的金属有机框架水凝胶纳米复合材料”等研究。

创新点

01

时序释放设计

本研究最核心的创新在于构建了一个时序控制释放系统。热敏胶原水凝胶作为初始快速释放载体，实现4-OI的早期释放，旨在第一时间调控植入体周围的免疫微环境；而ZIF-8则作为BMP-9的载体，提供持续、稳定的后期释放，精准匹配成骨过程的需求。

这种设计模拟了天然骨修复过程中不同阶段的生物学信号，解决了单一因子释放无法协调免疫反应与成骨进程的难题。

02

免疫微环境调控

研究突破了传统骨修复材料单纯关注“成骨”的局限，将免疫调节作为促进骨整合的关键前提。4-OI的早期释放能够有效抑制巨噬细胞向促炎的M1表型极化，减轻炎症反应与氧化应激，为后续骨再生创造有利的微环境。

03

多材料协同整合

技术层面的创新体现在将3D打印的钛合金多孔支架、热敏胶原水凝胶和ZIF-8三者有机结合。钛支架提供力学支撑和骨长入的宏观结构；水凝胶提供仿生的细胞外基质微环境并控制早期释放；ZIF-8则凭借其高负载率和pH响应性降解特性，实现成骨因子的智能递送。

材料开发

材料 / material

本研究开发的功能化支架体系由三种核心材料构成：3D打印钛合金多孔支架作为主体骨架；热敏胶原水凝胶作为早期释放载体；以及沸石咪唑酯框架（ZIF-8）纳米颗粒作为缓释单元。

功能 / Function

该体系的功能设计呈现清晰的协同与时序逻辑。钛合金支架主要提供力学支撑与骨长入的宏观空间结构。热敏水凝胶与ZIF-8共同构建了一个“快速-持续”的双阶段释放系统：水凝胶在体温触发下快速释放免疫调节剂4-OI，旨在早期调控炎症微环境；而ZIF-8则通过缓慢降解，实现成骨因子BMP-9的长期、稳定释放，以持续诱导成骨分化，从而协同促进骨整合。

思路延伸

研究思路前沿性：

材料功能复合化：金属有机框架（MOF）的应用正从单一药物载体，向集力学增强、抗菌、抗氧化等多功能一体化方向发展。

调控策略精准化：“骨免疫调控”已成为共识，通过主动调节巨噬细胞等免疫细胞功能来改善再生微环境，是当前的重要策略。

释放逻辑高级化：释放策略正从简单的“双因子”时序释放，向模拟自然愈合过程的“多因子级联释放”演进，未来有望整合血管化等更多关键信号。

原文来源

期刊名称：Theranostics

发布日期：2026年01月01日

DOI：10.7150/thno.120711

研发团队：Zhenjia Che, Xiao Sheng, Yanglin Wu, Binghao Lin, Kaihang Song, Qiyun Chen, Aopan Chen, Lingxuan Deng, Jing Chen, Ming Cai。