IF20.3 甲基化重编程修复老化骨缺损

针对老化微环境中关键节段性骨缺损修复效率受限的问题，研究构建了搭载幼年骨折来源细胞外囊泡的三层结构新型骨膜。该材料可通过DNA甲基化实现表观遗传重编程，重塑老化骨微环境，逆转骨髓间充质干细胞的衰老表型，同时调控骨免疫微环境，联合3D打印支架可有效促进老年动物骨缺损再生，并明确Foxo3基因为该过程的核心调控因子，为老化骨组织修复提供了新的材料与机制研究思路。
01研究背景
老化骨微环境会显著抑制关键节段性骨缺损的修复进程，易造成修复效果不佳。传统骨修复材料多聚焦结构支撑，难以对衰老相关的骨微环境进行有效干预，同时难以兼顾力学适配性与生物调控功能，老化骨缺损的修复仍存在关键科学问题亟待解决。
02主要内容
开发具备表观遗传重编程能力的三层结构骨膜，负载幼年小鼠骨折来源细胞外囊泡；探究该材料对老化骨髓间充质干细胞衰老表型及成骨分化的调控作用，分析其对巨噬细胞极化、破骨细胞生成的影响；在老年动物股骨关键节段性骨缺损模型中，验证该骨膜与3D打印支架联用的骨再生效果；从DNA甲基化层面解析材料重塑老化骨微环境的分子机制，筛选核心调控基因。
03研究设计
设计三层结构骨膜作为载体，负载幼年骨折来源细胞外囊泡，制备功能化骨修复材料；通过体外实验，检测材料对老化骨髓间充质干细胞衰老相关指标、成骨分化能力的作用，评估其对骨免疫相关细胞的调控效果；构建老年小鼠股骨关键节段性骨缺损模型，将功能化骨膜与3D打印支架联合植入，观察修复区域结构完整性与骨再生情况；利用亚硫酸氢盐测序分析DNA甲基化修饰模式，挖掘表观遗传调控机制与关键调控基因。
04结果
制备的三层结构骨膜可稳定释放细胞外囊泡，具备适配骨组织的力学性能；体外可下调老化骨髓间充质干细胞的衰老表征，促进细胞成骨分化，同时诱导巨噬细胞向抗炎表型极化，抑制破骨细胞形成；体内实验中，该骨膜与3D打印支架联用可维持结构完整，显著提升老年动物骨缺损的再生水平；机制研究表明，材料可通过调控基因体区域DNA甲基化重编程老化骨微环境，Foxo3基因在该调控过程中发挥核心作用。
05思路延伸
本研究以表观遗传调控为核心策略，实现了对老化骨微环境的靶向重塑，为衰老相关骨修复研究提供了新方向；构建的力学适配与生物调控一体化骨膜体系，为骨组织工程材料的功能化设计，以及骨修复领域中表观遗传与骨免疫交叉研究提供了实验支撑与理论参考。
原文来源：
1. 期刊：Bioactive Materials（IF：20.3）
2. Pub Date：2026-03-27
3. DOI：10.1016/j.bioactmat.2026.03.036
4. 作者：Jiaqian Zheng, Junhua Ke, Shiyu Wu, Yang Lan, Zhouhua Zhong, Siyuan Yang, Naru Zhao, Zhen Wang, Muyuan Chai, Xuetao Shi, Yingjun Wang