综述：丝素蛋白纳米纤维在感染性骨缺损修复中的应用：从结构功能化到免疫再生转化

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Silk Fibroin Nanofibers for Infectious Bone Defect Repair: From Structural Functionalization to Immune-Regenerative Translation

本综述系统阐述丝素蛋白纳米纤维（SFNs）通过离子掺杂、纳米复合、表面修饰等工程策略，赋予其抗菌/免疫调节/成骨诱导多重功能，并借助智能响应系统实现靶向药物递送。文章重点解析SFNs通过调控NF-κB、JAK-STAT、BMP/Smad等通路协调感染微环境从促炎向促修复有序转化的机制，同时指出批次一致性、灭菌工艺等临床转化挑战，展望4D打印与生物电子学融合的创新前景。

　　

丝素蛋白纳米纤维的物理化学性质与生物学意义

作为典型的分级生物大分子，丝素蛋白（SF）独特的物理化学性质是其修复感染性骨缺损（IBDs）潜力的基础。家蚕（Bombyx mori）是SF最广泛研究的来源，可通过标准化流程大量获得。SF在分子水平上与胶原蛋白存在关键差异：其重链由重复的GAGAGS疏水序列和GRGDSP细胞粘附序列组成，这种独特的氨基酸序列赋予SF卓越的机械韧性和可调节的降解速率。更重要的是，SF丰富的活性官能团（如-OH、-COOH）为功能化修饰提供了无与伦比的潜力，使其能够被精确设计以调节复杂的免疫微环境。

SFNs支架在感染性骨缺损修复中的智能与个性化转化

基于对免疫调节和成骨信号的深入机理理解，SFNs支架的研发已超越传统生物材料范畴。其真正的临床潜力在于将其工程化为能够精确引导和动态调控骨再生过程的智能平台。随着个性化医疗范式在骨科组织工程中日益重要，SFNs正从被动支架演变为能够响应病理信号（如pH、酶、光刺激）的主动治疗系统。例如，pH响应型SFNs可在感染部位的酸性环境中触发抗生素释放，而酶响应系统可被基质金属蛋白酶（MMPs）激活，实现药物的靶向递送。4D打印技术的引入进一步使SFNs支架能够随时间发生预编程的形状变化，更好地适应不规则骨缺损。

基于SFNs支架的临床前验证与转化挑战

临床前动物模型是检验SFNs支架生物学性能、预测其临床潜力的关键环节。通过模拟慢性感染、糖尿病相关延迟愈合以及多重耐药细菌感染等各种复杂临床场景，从啮齿类动物到大型动物的研究为SFNs支架在IBD修复中的治疗效果和生物安全性提供了有力证据。这些研究证明，功能化SFNs能有效清除生物膜、调节巨噬细胞从促炎M1表型向抗炎促修复M2表型极化，并促进成骨分化。

临床转化的核心障碍

尽管临床前研究取得显著进展，但SFNs的临床转化仍需克服若干严峻的科学与工程障碍。首先，原材料标准化和生产过程的GMP合规性是最大瓶颈。作为天然聚合物，SF的分子量分布、多分散指数（PDI）和残留丝胶含量会因来源的细微差异而导致批次间不稳定。其次，SFNs支架的灭菌兼容性（如环氧乙烷、γ射线对其结构和生物活性的影响）和长期降解产物的体内命运尚不明确。此外，大规模生产中的可扩展制造（如静电纺丝工艺的重复性）和成本控制也是产业化面临的实际挑战。

结论

本综述系统阐释了SFNs如何通过多尺度结构设计和功能工程，从基础生物材料演变为修复IBD的先进治疗平台。其核心进展反映了组织工程领域的范式转变：即从仅提供物理支撑的被动支架设计，转向能够主动调控复杂生物过程的功能性再生系统。通过整合离子掺杂、纳米复合和智能响应设计，SFNs展现出协调感染控制、免疫调节和骨再生的非凡能力。尽管面临标准化、灭菌和规模化制造等挑战，但SFNs与4D打印、生物电子学的融合无疑将开启精准引导骨修复的个性化智能支架新时代。