IF20.3｜Mg²+压电支架修复节段性骨缺损

本研究面向节段性骨缺损修复需求，制备可生物降解压电低温胶支架，依托压电效应在生理负载下产生局部电势并释放生物活性离子，搭建动态自供能再生微环境。体外实验证实支架可调控干细胞行为与血管生成，体内实验可有效完成桡骨节段缺损的骨重建，为骨缺损修复提供全新材料思路。
01研究背景节段性骨缺损（以桡骨缺损为代表）是骨科再生的核心难题，缺损区域自发愈合难度极高。现有骨修复移植物普遍存在供区并发症、免疫排斥风险，同时存在力学支撑性不足、生物活性偏弱等问题，无法适配大型骨缺损的再生要求。
02主要内容
开发明胶甲基丙烯酰复合压电惠特洛克纳米颗粒的可降解压电低温胶支架；测试支架在生理力学刺激下的电信号产生与离子释放能力；通过体外细胞实验探究支架对骨髓间充质干细胞、内皮细胞的调控作用；以大鼠桡骨节段缺损为模型，评估支架体内骨再生与血管化效果。
03研究设计
以明胶甲基丙烯酰为基体，嵌入压电惠特洛克纳米颗粒构建PWH凝胶支架；利用压电特性实现生理负载下局部电势生成与Ca²+、Mg²+释放；体外检测干细胞增殖、迁移、成骨分化及细胞骨架重塑，同时评估内皮管形成；体内采用大鼠临界桡骨缺损模型，评价骨桥接、骨组织形态与血管生成情况。
04结果
体外可显著促进骨髓间充质干细胞的增殖、迁移与成骨分化，助力内皮管形成，触发压电1介导的钙离子流入并重塑细胞骨架；体内植入后可实现缺损部位完整骨桥连接，有效提升骨体积、优化骨小梁结构，并促进缺损区域血管生成。
05思路延伸
可基于压电效应与活性离子释放的协同机制，优化支架组分与微观结构，适配不同骨缺损修复场景；深入挖掘电信号、离子信号与骨再生细胞的交互机制，完善电活性骨材料设计理论；将多信号协同策略拓展至更多骨组织再生领域，丰富骨修复材料研发路径。
原文来源：
1. 期刊：Bioactive Materials
2. 发表时间：2026-02-27
3. DOI：10.1016/j.bioactmat.2026.02.017
4. 作者：Cheng Wang、Ti Zhang、Ju Liu、Xinyu Wang、Chenyuan Gao、Jiazheng Chen、Junhao Feng、Ziyang Dong、Xinguang Wang、Yang Li、Minwei Zhao、Feng Li、Yingjie Yu、Qing Cai、Hua Tian