离子共轭改性再矿化支架在感染与骨再生时空调控中的应用

《Advanced Functional Materials》：Ion-in-Conjugation-Enabled Remineralized Scaffold for Spatiotemporal Control of Infection and Bone Regeneration

感染性骨缺损治疗需兼顾感染控制和骨再生，本研究通过分步离子递送技术构建了兼具抗菌和骨生成功能的双功能支架。首先采用交替溶液浸渍法将去矿骨基质（aDBM）矿化为含锶磷酸骨矩阵（RBM），增强其机械强度和成骨诱导性；随后通过温和湿化学方法在矿化表面原位合成含锌或镍的离子-聚合物共价涂层。这种设计使支架具有时空可控的生物活性：共价涂层实现抗菌离子缓释，有效抑制金黄色葡萄球菌并破坏细菌蛋白质合成代谢；底层RBM通过激活PI3K-AKT信号通路促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的血管生成和成骨分化。体内实验显示Zn/IIC-RBM和Ni/IIC-RBM支架在鼠颅骨缺损模型中显著提升骨再生效率并控制感染。这种生物活性支架设计为感染性骨损伤治疗提供了新策略。

　　

摘要

感染性骨缺损仍然是一个主要的临床挑战，需要同时控制感染和促进骨再生。本文开发了一种具有双重功能的支架，该支架通过顺序离子释放机制结合了抗菌和成骨特性。首先，使用磷酸锶（RBM）通过交替溶液浸泡法对无细胞的脱矿骨基质（aDBM）进行再矿化，从而提高了其机械强度和成骨诱导能力。随后，在矿化表面原位合成了一种含有抗菌金属离子（Zn²⁺或Ni²⁺）的离子共轭（IIC）聚合物涂层，该涂层通过温和的湿化学反应实现。这种混合设计赋予了支架独特的生物活性：IIC涂层能够控制性地持续释放抗菌离子，有效杀灭金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），抑制生物膜的形成，并破坏细菌的蛋白质合成和代谢；同时，底层的RBM层通过激活PI3K-AKT信号通路促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的血管生成和成骨分化。在体内实验中，IIC涂层处理的RBM支架（Zn/IIC-RBM和Ni/IIC-RBM）在大鼠颅骨缺损模型中表现出显著的骨再生和感染控制效果。这种生物活性支架设计为治疗感染相关的骨损伤提供了一种有前景的策略。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。