天然鱼鳔衍生的MPN-纳米纤维仿生系统通过ECM响应信号调控促进肌腱-骨界面高效愈合

本研究针对肩袖撕裂(RCTs)术后肌腱-骨界面愈合不良的临床难题，创新性地利用鱼鳔(FSB)基质构建了镓-单宁酸金属多酚网络(Ga-TA MPN)修饰的生物支架(GaPP@FSB)。该支架兼具优异的力学性能(26.4±0.6 MPa)与多重生物活性，通过激活整合素a5β1/Akt/PI3K通路促进肌腱干细胞(TSPCs)分化，并在大鼠模型中显著促进纤维软骨层再生，为临床肌腱修复提供了新型解决方案。

　　

肩袖撕裂(RCTs)是常见的运动损伤，术后肌腱-骨界面愈合不良导致的再撕裂率高达20-94%，这主要源于界面处血管稀少、机械应力集中以及纤维软骨层再生困难。传统生物支架往往难以兼顾力学强度与生物活性，而商业化的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)补片虽具高强度却缺乏降解性和组织整合能力。面对这一临床困境，南通大学附属医院的研究团队从厨房废弃物中发掘出天然鱼鳔(FSB)这一独特材料，其胶原/弹性蛋白组成的定向纳米纤维结构与天然肌腱细胞外基质(ECM)高度相似。

研究人员创新性地采用"一石二鸟"策略，通过镓-单宁酸金属多酚网络(Ga-TA MPN)对脱细胞鱼鳔基质进行改性，构建出GaPP@FSB仿生支架。该研究发表于《Journal of Nanobiotechnology》，证实该支架不仅力学性能(弹性模量102.0±11.0 MPa)匹配天然肩袖肌腱，更能响应微环境释放Ga³⁺离子，实现抗菌、抗氧化、抗炎和促成骨分化的多重功效。尤为重要的是，支架通过模拟天然ECM激活整合素a5β1介导的机械信号转导通路，促进肌腱干细胞(TSPCs)向腱系分化，为界面再生提供了仿生微环境。

关键技术方法包括：(1)采用SDS/Triton X-100联合脱细胞法制备鱼鳔基质；(2)在弱碱性环境中构建Ga-TA MPN纳米涂层；(3)通过原子发射光谱(ICP)监测Ga³⁺在pH/ROS微环境中的释放动力学；(4)建立大鼠RCTs模型评估支架在体性能；(5)结合RNA测序和Western blot解析a5β1/Akt/PI3K信号通路机制。

【表征分析】扫描电镜显示GaPP@FSB保留天然鱼鳔的定向纳米纤维结构(纤维直径增加约20%)，XPS证实Ga元素均匀分布。在pH4.5或200μM H₂O₂微环境中，支架能爆发式释放Ga³⁺，7天内累计释放量达中性环境的3倍。

【力学性能】MPN改性使支架最大破坏力从3.1±0.8 MPa提升至26.4±0.6 MPa，Ashby图谱分析显示其强度超越90%已报道的肌腱修复支架，可承受500g负重而不变形。

【细胞调控】转录组分析揭示GaPP@FSB显著富集黏着斑通路相关基因。Western blot证实其通过整合素a5β1使Akt磷酸化水平提升2.1倍。当加入RGD肽抑制剂后，肌腱分化标志基因Scx表达下降63%。

【多重生物活性】支架对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率达99.9%，DPPH实验显示单宁酸贡献了83%的抗氧化能力。在大鼠Raw264.7巨噬细胞中，GaPP@FSB使M2型标志物Arg-1表达上调4.7倍。

【动物实验】术后8周，GaPP@FSB组再生纤维软骨面积达空白组的3.2倍，生物力学测试显示最大失效张力(8.3±0.2 MPa)恢复至正常肌腱水平。步态分析证实其能协调前后肢运动轨迹，优于商用PET补片组。

该研究开创性地将水产加工废弃物转化为高性能医用材料，解决了肌腱修复领域"强度-活性不可兼得"的难题。GaPP@FSB的ECM仿生特性、多重响应释放能力和机械信号转导调控机制，为复杂组织界面再生提供了新范式。特别值得注意的是，这种基于鱼鳔的补片材料尺寸可调(最大可达5×5 cm)，能适应不同规模的肩袖撕裂，其成本效益和临床转化潜力令人期待。未来通过调控MPN中金属离子种类，该平台技术有望拓展至韧带、骨膜等多种组织工程领域。