IF:20.3 分层支架重构缺血骨微环境促骨再生

针对缺血性骨缺损修复中血管生成不足的核心问题，本研究构建了搭载神经毛蛋白-1脂质体的3D打印镁合金多孔支架，通过复合涂层实现镁离子控释与功能因子锚定，协同调控镁离子信号传导与神经毛蛋白-1介导的血管生成过程，成功建立骨生成与血管生成的耦合调控轴，为缺血微环境下的骨再生修复提供了全新的理论与实验依据。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
缺血性骨缺损是骨组织工程领域亟待解决的关键难题，病变区域局部血液供应出现严重损伤，直接导致血管生成过程难以正常启动，无法为骨再生提供充足的营养与微环境支持，进而阻碍骨组织形成与骨整合进程。现有骨修复支架多难以兼顾机械支撑、材料降解调控与骨-血管协同再生功能，缺乏针对缺血微环境的精准化功能设计，因此亟需开发可协调血管生成与骨生成的新型功能化支架体系。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
本研究开发了一款新型生物活性骨修复植入物，将包裹神经毛蛋白-1的前血管生成脂质体与3D打印镁合金多孔支架进行整合；通过支架表面的复合涂层，调控镁合金的降解速率，同时为神经毛蛋白-1脂质体提供结合位点；系统探究镁离子信号与神经毛蛋白-1介导血管生成的协同作用，明确二者耦合调控骨再生的内在机制；并在缺血性骨缺损模型中，验证该功能支架对新生骨形成、骨密度提升及界面骨整合的实际作用效果。
03研究设计
采用3D打印技术制备可匹配骨缺损形态的镁合金多孔支架，构建相互连通的微孔结构，为骨组织生长提供空间支撑；制备负载神经毛蛋白-1的前血管生成脂质体，借助复合涂层将其固定于支架表面；利用复合涂层实现镁合金降解行为的可控调节，同时完成功能脂质体的稳定锚定；构建缺血性骨缺损模型并植入该功能支架，从组织层面评估血管新生、骨生成与骨整合情况，从分子层面解析镁离子、神经毛蛋白-1对相关信号通路及骨生成分化的调控机制。
04结果
3D打印镁合金支架可精准匹配骨缺损形态，具备稳定的机械支撑性能，其多孔结构可有效支持骨组织生长与界面整合；复合涂层可有效调控镁支架的降解过程，同时为神经毛蛋白-1脂质体提供充足的结合位点；将支架植入缺血性骨缺损模型后，可显著提升局部新生血管形成水平，提高骨形成密度，优化骨与支架界面的整合效果；镁离子的可控释放可有效促进骨生成分化，同时上调血管内皮生长因子A的表达；神经毛蛋白-1可进一步增强血管内皮生长因子A-受体2的信号传导，提升血管生成作用，最终实现骨生成与血管生成的协同耦合。
05思路延伸
本研究明确的镁离子/神经毛蛋白-1骨-血管生成耦合轴，可为缺血性骨缺损修复的功能支架设计提供新的理论方向；可基于该耦合机制，拓展不同生物活性金属离子与血管调控因子的组合方案，优化多孔支架的表面功能化修饰策略；可进一步探究该调控体系在不同骨缺损微环境中的作用效果，持续深化骨再生与血管新生协同调控的基础研究。
原文来源：
1. 期刊：Bioactive Materials2. Pub Date：2026-03-263. DOI：10.1016/j.bioactmat.2026.02.0314. 作者：Zijie Pei, Haojing Xu, Piqian Zhao, Ya Wen, Ze Zhang, Liangkun Huang, Mengyu Wang, Bo Peng, Liangyuan Wen, Peng Wen, Fengpo Sun