針對大尺寸骨缺損修復中存在的持續(xù)炎癥、血管化不足及氧化應激過高等關鍵難題，中山大學張超團隊成功研發(fā)出一種負載蝦青素的雙金屬MOF復合水凝膠支架（AST@ZnCo-MOF@GS）。該支架通過GelMA/SA雙網(wǎng)絡水凝膠與核殼結構雙金屬MOF的協(xié)同設計，實現(xiàn)了蝦青素與Zn2+/Co2+的時空可控釋放。體外實驗證實，該復合材料可有效清除活性氧、誘導巨噬細胞向M2表型極化、促進血管內(nèi)皮細胞遷移和成管，并顯著增強骨髓間充質干細胞（BMSCs）的成骨分化能力，同時抑制脂肪分化和破骨細胞活性。體內(nèi)大鼠臨界尺寸顱骨缺損模型驗證顯示，該支架能顯著促進新生骨形成和骨微結構成熟，8周時缺損區(qū)域實現(xiàn)高效骨整合。機制研究表明，蝦青素通過靶向結合內(nèi)質網(wǎng)蛋白HSP90，激活未折疊蛋白反應的IRE1α-XBP1信號軸，上調(diào)成骨關鍵轉錄因子Osterix表達，從而驅動BMSCs定向成骨分化。該研究為大尺寸骨缺損修復提供了集免疫調(diào)節(jié)、血管再生和成骨誘導于一體的多功能平臺。

相關成果發(fā)表于《

Advanced Functional Materials

骨缺損修復是骨科臨床面臨的重大難題，尤其是高能創(chuàng)傷、腫瘤切除或感染性骨不連導致的大尺寸骨缺損，其修復過程常受限于惡劣的局部微環(huán)境——持續(xù)的炎癥反應、嚴重的血管供應不足和過高的氧化應激，共同誘導骨髓間充質干細胞（BMSCs）衰老和成骨功能障礙，最終導致修復失敗。傳統(tǒng)骨修復材料多聚焦于單一成骨誘導功能，難以同步解決炎癥調(diào)控、血管再生等多維度問題。

金屬有機框架（MOFs）作為一類具有高比表面積、可控孔徑和良好生物相容性的功能材料，在藥物遞送和組織工程領域備受關注。雙金屬MOF通過兩種生物活性金屬離子的協(xié)同作用，可同時調(diào)控免疫反應和血管生成，但單一MOF材料在逆轉衰老BMSCs功能方面存在局限。蝦青素作為一種源自雨生紅球藻的強效天然抗氧化劑，具有清除ROS、抑制細胞衰老和促進成骨分化的獨特優(yōu)勢，但水溶性差、化學穩(wěn)定性低的特性嚴重限制了其生物利用度。

基于此，中山大學生物醫(yī)學工程學院張超教授團隊提出將蝦青素負載于核殼結構ZnCo-MOF中，再嵌入GelMA/SA雙網(wǎng)絡水凝膠的復合設計策略，構建兼具免疫調(diào)節(jié)、血管再生和成骨誘導功能的多功能骨修復支架，為大尺寸骨缺損修復提供創(chuàng)新方案（圖1）。

圖1.負載AST@ZnCo-MOF納米顆粒的GelMA/SA水凝膠支架用于骨缺損修復的示意圖

本研究成功開發(fā)了一種集免疫調(diào)節(jié)、血管再生和成骨誘導于一體的雙金屬MOF復合水凝膠支架，通過核殼結構AST@ZnCo-MOF與GelMA/SA雙網(wǎng)絡水凝膠的協(xié)同作用，實現(xiàn)了蝦青素與生物活性金屬離子的高效遞送和可控釋放。該支架不僅能有效改善骨缺損區(qū)域的惡劣微環(huán)境，還能通過靶向激活IRE1α-XBP1信號通路逆轉BMSCs衰老，增強其成骨分化能力。體內(nèi)外實驗均證實，該復合材料在大尺寸骨缺損修復中表現(xiàn)出優(yōu)異的修復效果和良好的生物相容性，為臨床骨缺損修復提供了新的治療策略和材料選擇。未來研究將進一步優(yōu)化材料的力學性能，在大動物承重骨缺損模型中驗證其修復效果，并探索多藥物聯(lián)合遞送的可能性，推動該技術向臨床轉化。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202527217

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