具有反向生物梯度的仿生骨膜：兼具成骨与血管生成特性的骨再生新策略

为解决大段骨缺损修复中诱导膜技术需二次手术的临床痛点，陆军军医大学团队通过仿生策略构建了具有反向梯度分布的BMP-2/Func-HA纳米纤维膜。该仿生骨膜模拟天然骨膜"外密内疏"结构，显著促进PSCs募集和periostin表达，在股骨缺损模型中实现血管化骨再生，为替代诱导膜技术提供新方案。

　　

骨缺损修复一直是临床面临的重大挑战。目前"金标准"的自体骨移植存在供体来源有限、供区并发症等问题，而Masquelet提出的诱导膜技术虽能通过形成类似骨膜的"诱导骨膜"促进修复，但需要二次手术取出PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）间隔物，给患者带来心理和经济负担。有趣的是，研究发现诱导膜与天然骨膜具有相似的双层结构和生物学特性——外层致密纤维层提供机械支撑，内层疏松的cambium层富含干细胞和生长因子。这启发研究人员思考：能否直接构建仿生骨膜替代诱导膜？陆军军医大学团队在《Materials Today Bio》发表的研究给出了肯定答案。

研究采用电纺丝技术构建明胶/壳聚糖不对称纳米纤维膜，通过梯度负载BMP-2（骨形态发生蛋白2）和Func-HA（功能化羟基磷灰石）形成反向生物梯度。关键技术包括：从患者获取诱导膜与天然骨膜进行组织学对比；通过高温热分解法合成Func-HA纳米晶体；采用序贯电纺构建具有不同孔径（内层3.21±0.65μm vs 外层0.644±0.04μm）的双层结构；建立大鼠股骨缺损模型评估修复效果；通过μCT（微计算机断层扫描）和组织学分析再生骨质量。

【3.1 诱导膜与天然骨膜具有相似结构】
组织学分析显示两者均具有"外密内疏"特征，但诱导膜总厚度（1652μm）显著大于天然骨膜（917μm）。TEM（透射电镜）证实天然骨膜外层纤维密度（32.4±4.04μm^-2
）是内层（15.6±2.19μm^-2
）的2倍。免疫组化发现BMP-2在内层、OCN（骨钙素）在外层呈现梯度表达，这种模式在两种组织中高度一致。

【3.2 仿生骨膜的制备与表征】
Func-HA通过AL（阿仑膦酸钠）和Fe₃
O₄
在nHA（纳米羟基磷灰石）表面自组装而成。电纺膜中BMP-2浓度从外层10μg梯度增至内层30μg，Func-HA则从0.3g递减至0.1g。释放实验显示35天内BMP-2和AL分别释放56%和78%，符合长效释放需求。

【3.3 生物相容性与成骨分化能力】
CCK-8（细胞计数试剂盒）显示GC-NB组（含Func-HA和BMP-2）PSCs增殖与对照组无差异。皮下植入14天后未见肉芽肿形成，主要器官无损伤。免疫荧光显示GC-NB组OCN和OPN（骨桥蛋白）阳性细胞数较对照组提高3倍，证实其优异成骨诱导能力。

【3.4 体内骨再生效果】
μCT显示6周时GC-NB组BV/TV（骨体积分数，58.7%）、Tb.Th（骨小梁厚度，0.21mm）和BMD（骨密度，0.38g/cm³
）均接近阳性对照CM组（胶原膜），显著高于空白组。三点弯曲测试显示GC-NB组极限应力（143.96±10.70MPa）和模量（11.23±0.46GPa）达到正常骨水平。

【3.5 血管生成诱导作用】
免疫荧光显示GC-NB组CD31⁺
αSMA⁺
血管密度（47.0±5.6个/mm²
）接近诱导膜水平，且外层血管面积（17.36±1.61%）显著高于内层（7.14±1.27%）。更值得注意的是，该组CD31⁺
Emcn⁺
型H血管（与成骨偶联的特殊血管亚型）数量是空白组的5倍。

【3.6 修复微环境重塑】
GC-NB组OSX⁺
LepR⁺
（Osterix和瘦素受体双阳）PSCs数量较对照组增加8倍，periostin（骨膜蛋白）表达量提高6倍，证实仿生骨膜能有效募集干细胞并激活骨膜特异性修复程序。

这项研究创新性地通过反向生物梯度设计模拟天然骨膜的空间异质性，首次证实Func-HA与BMP-2的协同作用可同时促进血管生成和成骨分化。其重要意义在于：① 为替代需要二次手术的诱导膜技术提供"即用型"解决方案；② 揭示periostin-PSCs轴在骨膜依赖性修复中的核心作用；③ 证明仿生材料可通过复制天然组织的梯度特征实现功能超越。未来研究可进一步探索其他生长因子（如VEGF、TGF-β）的时空控释策略，以及在骨质疏松等病理状态下的适用性。