IF:20.3 手性水凝胶调控骨免疫改善植入周骨炎症

植入周围炎伴随复杂的骨免疫微环境紊乱，存在急性氧化应激与慢性免疫骨调控失衡的阶段性病理特征，临床干预难度较高。本研究构建了由明胶甲基丙烯酰（GelMA）与L/D-半胱氨酸修饰Fe₃O₄纳米颗粒复合而成的可注射手性水凝胶，证实该类手性水凝胶可依托整合素β3（Itgb3）介导的通路调控巨噬细胞极化，进而重塑骨免疫微环境。其中L型手性水凝胶可作用于慢性骨吸收阶段促进骨形成，D型手性水凝胶可缓解急性炎症期氧化应激，二者均能在动物模型中实现骨再生的有效提升，为植入周围炎相关骨损伤的干预提供了分阶段适配的手性材料调控新思路。本综述针对骨软骨组织异质性引发的再生修复困境，以间充质干细胞与生物材料支架结合的组织工程体系为核心，阐明生物物理信号对干细胞命运的调控机制，系统总结机械生物学导向下仿生微环境支架的设计进展，实现间充质干细胞谱系特异性分化的精准调控，为分层骨软骨再生尤其是软骨下骨的再生修复提供理论支撑与设计参考。
01研究背景
植入周围炎的核心病理特征为骨免疫微环境的复杂紊乱，其病理进程会沿急性炎症驱动的氧化应激、慢性阶段免疫介导的骨调控失调逐步演变，这种阶段性的病理进展会直接干扰骨组织稳态，加剧骨损伤进程。该疾病的阶段特异性病理特点，使得单一干预策略难以适配不同病理阶段的骨免疫调控需求，因此亟需开发能够针对不同病理阶段、精准调节骨免疫微环境的功能性材料与干预方案。腱骨过渡组织拥有高度特化的胞外基质结构，核心特征为胶原蛋白的层级排列与矿物组成的梯度化，该结构体系可实现稳定的力传递，并对空间组织的细胞表型起到定向引导作用。现阶段，无法精准重现腱骨界面复杂的多尺度结构与组成梯度，成为阻碍软硬组织界面整合再生的关键瓶颈，亟需开发贴合天然结构特征的仿生基质构建方案。02主要内容
本研究以解决植入周围炎不同病理阶段的骨免疫紊乱问题为核心，设计并制备L/D-半胱氨酸修饰Fe₃O₄纳米颗粒复合GelMA的可注射手性水凝胶；探究两种手性构型水凝胶分别调控氧化应激水平、巨噬细胞极化表型的分子机制，明确其通过Itgb3相关通路调节骨免疫微环境的作用模式；通过体内动物模型验证手性水凝胶对植入周围炎病灶处骨再生、巨噬细胞浸润及相关蛋白表达的影响，构建分阶段适配的骨免疫调控材料体系。
03研究设计
1. 材料制备：合成L/D-半胱氨酸修饰的Fe₃O₄纳米颗粒，与明胶甲基丙烯酰（GelMA）复合，制备得到两种构型的可注射手性Fe₃O₄/GelMA水凝胶（L-FG、D-FG）；
2. 体外机制探究：分别解析L-FG、D-FG调控巨噬细胞极化、清除氧化应激的关键分子信号通路，明确手性结构与骨免疫调控的关联；
3. 体内功能验证：构建大鼠植入周炎模型，给予两种手性水凝胶干预，检测病灶部位骨再生情况、巨噬细胞表型分布及相关蛋白共表达水平，验证材料的骨免疫调控与骨修复效果。
04结果
1. 分子通路层面：L-FG可通过YTHDF1-m6A-Itgb3信号轴，诱导巨噬细胞向M2型极化，针对慢性骨吸收阶段的骨免疫紊乱发挥调控作用，为骨形成提供微环境支持；D-FG能够增强Fe₃O₄的过氧化物酶样活性，激活PI3K/Akt信号通路，有效缓解急性炎症阶段的氧化应激损伤；
2. 体内骨修复层面：两种手性水凝胶干预后，大鼠植入周炎模型的骨再生水平均得到显著提升；其中L-FG可显著提高病灶区域M2型巨噬细胞的浸润程度，同时上调YTHDF1与CD61的共表达水平，进一步印证其对骨免疫微环境的调控作用。
05思路延伸
1. 手性结构的阶段特异性调控特性，为骨免疫微环境的精准靶向干预提供了全新设计思路，可拓展至其他骨炎性损伤的材料研发；
2. 基于m6A修饰介导的巨噬细胞极化调控通路，可作为骨免疫调节的潜在靶点，为骨再生相关机制研究提供新的研究方向；
3. 手性纳米复合水凝胶可通过差异化信号通路适配多阶段病理损伤，为植入相关骨损伤的多功能修复材料设计提供实验依据与理论支撑；
4. 整合素Itgb3介导的骨免疫调控网络，可进一步深入挖掘其在骨稳态维持、骨再生进程中的核心作用。
原文来源：
1. 期刊：Bioactive Materials2. 发表时间：2026-03-313. DOI：10.1016/j.bioactmat.2026.03.0554. 作者：Diwen Shi, Xin Mu, Hongjuan Cao, Fengyu Hao, Xiaoqian Xu, Lin Wu