植入物相关感染会干扰植入邻近区域间充质干细胞的聚集过程，同时制约干细胞存活活力与成骨分化潜能。本研究构筑pH响应型生物材料界面，利用感染诱发的局部酸化特征，协同实现抑菌作用与干细胞、免疫细胞的功能重编程调控；体系可释放杀菌肽直接作用于致病菌，镁离子与细胞靶向肽还能分别介导正向免疫调节及骨髓间充质干细胞募集行为，进而推动植入界面干细胞成骨谱系分化。转录组分析证实，Wnt通路活化干细胞与极化重塑后的巨噬细胞，可共同上调抗菌相关效应表达与成骨核心基因，依托材料联合内源细胞的协同作用完成抑菌进程，同步实现感染微环境下植入界面的骨组织生长整合，借助感染响应型生物材料将内源细胞活化成多功能作用载体，建立统筹感染管控与骨组织发育的一体化研究思路。

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

植入部位继发感染会破坏局部干细胞稳态环境，不仅阻碍干细胞在植入周边的富集留存，还会削弱干细胞天然的成骨生理潜能，造成病原存续与骨组织重塑进程相互掣肘，难以同步推进抑菌防护与植入体周边骨组织适配生长，亟需开发适配感染原位微环境的新型生物材料调控策略，调和细胞功能稳态与骨重塑发育需求。

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

设计研发适配感染酸化微环境的pH应答生物材料界面体系，以此统筹抑菌效应释放、干细胞归巢募集及免疫细胞功能重塑多重生物学行为；一方面通过体系释放功能性杀菌肽实现直接抑菌干预，另一方面依靠镁离子调控免疫微环境正向演化、依托靶向肽引导骨髓间充质干细胞定向迁移定植，诱导植入接触面形成成骨分化生理趋势；同时从转录组学维度剖析干细胞信号通路活化、巨噬细胞极性转变，同抗菌功能表达、成骨基因激活之间的内在联动调控逻辑。

03研究设计

立足感染病理环境抑制干细胞成骨生理活性的核心问题，针对性搭建契合感染局部酸化特质的pH智能响应生物功能界面；划分材料直接抑菌活性释放、离子与靶向肽介导免疫及干细胞功能增效两大作用路径开展分层探究；依托动物感染模型观测植入界面骨组织生长发育状态，结合转录组测序技术解析细胞信号传导通路与上下游基因表达调控网络特征。

04结果

该智能生物材料界面可顺畅衔接病原清除生理过程与植入位点骨重塑生长进程，有效缓解感染胁迫对干细胞成骨生理活动的抑制影响，助力植入贴合区域骨组织结构有序营建；细胞分子层面可实现干细胞经典通路激活与巨噬细胞表型重塑双向联动，同步激活抗菌效应相关表达模块与成骨特异性基因群组，依靠材料基质与机体内源细胞双重介导模式，塑造适宜骨组织新生与界面整合的良性局部微环境。

05思路延伸

可拓宽此类pH响应智能生物材料的基材选用范围，探究多元复杂骨缺损微环境中免疫细胞与干细胞交互串扰的精准调控靶点；深度解析成骨关键信号传导通路同抗菌基因调控单元的耦合互作底层机制，优化材料活性组分释放节律与干细胞募集、成骨分化进程的适配匹配度，丰富内源细胞协同介导骨重塑修复的生物材料创新设计范式。

原文来源：

1.期刊：Advanced Materials2.发表日期：2026-03-283.DOI：10.1002/adma.729414.作者：Zhenyu Li, Siming Zhang, Jiale Dong, Ning Li, Mo Chen, Kunzheng Wang, Bin Li, Guoqing Pan, Jiaxiang Bai, Chen Zhu