《Materials Reports: Energy》：Multifunctional bone repair platform: Cytokines scavenging and sequential drug release for osteoporotic bone defects
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骨质疏松性骨缺损（OBD）修复面临炎症失衡和骨生成障碍的双重挑战。本研究开发了一种基于巨噬膜-脂体杂交纳米 vesicles（MM-Lipo）与GelMA水凝胶的多功能修复平台。MM-Lipo通过表面锚定的巨噬膜蛋白（如CD47、TNF-αR、IL-6R）高效清除RANKL、TNF-α和IL-6，抑制破骨细胞分化并改善成骨细胞功能。同时，MM-Lipo@PTH通过水凝胶的缓释特性实现teriparatide的时序释放，促进骨基质沉积和矿化。动物实验证实该平台可显著提升骨再生效率，改善骨小梁结构（BV/TV、Tb.N、Tb.Th），降低破骨细胞活性（TRAP+细胞数），且未观察到系统性毒性。该策略整合了免疫调节与靶向药物递送，为代谢性骨病治疗提供了新范式。
Osteoporotic bone defect (OBD) repair is hindered by persistent inflammation and impaired osteogenesis. We developed a multifunctional platform integrating macrophage membrane-liposome hybrid nanovesicles (MM-Lipo) embedded in GelMA hydrogel. MM-Lipo efficiently scavenged pro-inflammatory cytokines (RANKL, TNF-α, IL-6) via membrane-anchored receptors, suppressed osteoclastogenesis, and enhanced osteoblast differentiation through sustained release of teriparatide (PTH 1–34). In vivo, this synergistic strategy significantly improved bone regeneration, as evidenced by increased bone volume fraction (BV/TV), trabecular number (Tb.N), and thickness (Tb.Th), and reduced osteoclast activity. No systemic toxicity was observed, demonstrating the feasibility of this bioinspired approach for inflammation-associated bone disorders.
骨质疏松性骨缺损修复受持续炎症失衡和骨生成障碍双重制约。本研究构建了巨噬膜-脂体杂交纳米 vesicles（MM-Lipo）与GelMA水凝胶复合的多功能骨修复体系。MM-Lipo通过膜表面受体（CD47、TNF-αR、IL-6R）高效清除RANKL、TNF-α和IL-6，抑制破骨细胞分化并促进成骨细胞功能。同时，MM-Lipo@PTH通过水凝胶的缓释特性实现teriparatide的时序释放，促进骨基质沉积和矿化。动物实验证实该平台可显著提升骨再生效率，改善骨小梁结构（BV/TV、Tb.N、Tb.Th），降低破骨细胞活性（TRAP+细胞数），且未观察到系统性毒性。该策略整合了免疫调节与靶向药物递送，为代谢性骨病治疗提供了新范式。
骨缺损的修复一直是医学领域中的重大挑战，尤其是在骨质疏松症（OBD）等病理条件下。在这些情况下，骨组织的再生不仅受到骨生成能力下降的影响，还伴随着持续的炎症失衡和异常的骨吸收活动。这些因素共同作用，导致骨修复过程中的复杂障碍，如骨折不愈合或延迟愈合等并发症的出现。因此，开发一种能够同时调控局部微环境和促进骨生成的治疗策略显得尤为重要。本研究提出了一种新型的多功能骨修复平台，该平台结合了巨噬细胞膜脂质体杂交纳米囊泡（MM-Lipo）与GelMA水凝胶，旨在解决骨质疏松性骨缺损治疗中的双重挑战。
MM-Lipo纳米囊泡具有膜锚定的细胞因子受体，能够在骨缺损部位高效清除过量的RANKL、TNF-α和IL-6等炎症因子，从而调节局部微环境。这些纳米囊泡的水性核心允许封装亲水性药物如特立帕肽（PTH 1–34），而GelMA水凝胶则作为缓释库，促进纳米囊泡和药物的顺序释放，以增强成骨分化。这种设计实现了三个协同功能：通过膜受体介导的细胞因子清除，重新平衡破骨细胞与成骨细胞的活性；通过纳米囊泡的控制释放，刺激成骨细胞的分化；通过水凝胶提供的结构支持，促进缺损区域的填充和引导骨再生。这种结合免疫调节与局部成骨刺激的策略，为骨质疏松性骨缺损的高效再生提供了一种有前景的方法。
为了构建这一平台，研究人员首先从基因数据库中筛选出与骨质疏松相关的基因，并通过生物信息学方法分析了不同细胞膜（如巨噬细胞膜、中性粒细胞膜、骨髓间充质干细胞膜和红细胞膜）中这些基因的表达情况。结果表明，巨噬细胞膜在OBD相关基因的覆盖方面最为全面，这提示了巨噬细胞膜在骨质疏松性骨缺损治疗中的潜力。进一步的GO和KEGG通路富集分析揭示了巨噬细胞膜蛋白在免疫调节、细胞因子/趋化因子相互作用以及吞噬体通路中的显著富集，这表明这些膜蛋白在调节炎症和促进骨修复中的关键作用。
接下来，研究人员通过物理方法从RAW 264.7细胞中提取膜蛋白，并将其与合成脂质体结合，形成具有功能性的MM-Lipo纳米囊泡。通过透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）技术，研究人员验证了MM-Lipo的形态和大小特性，发现其尺寸显著小于纯脂质体，这可能与膜蛋白的整合导致的机械刚性降低有关。此外，MM-Lipo的Zeta电位介于纯脂质体和膜蛋白之间，进一步证明了其成功融合。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析也显示MM-Lipo和纯脂质体在特定波长范围内具有相似的蛋白质吸收带，表明其成功保留了巨噬细胞膜的特征。
为了评估MM-Lipo的生物相容性，研究人员进行了多种细胞实验，包括细胞活力、增殖、迁移和凋亡分析。结果显示，MC3T3-E1细胞在200 μg/mL浓度的MM-Lipo和纯脂质体处理下均表现出良好的细胞活力，且无显著的细胞毒性。此外，MM-Lipo对细胞迁移和增殖的影响与纯脂质体相似，说明其在细胞层面具有良好的兼容性。血红蛋白裂解实验也证实了MM-Lipo具有良好的血液相容性，不会引起显著的红细胞裂解，进一步支持了其在体内应用的安全性。
在体外实验中，研究人员验证了MM-Lipo对RANKL、TNF-α和IL-6的清除能力。通过ELISA检测，发现MM-Lipo能够显著降低这些细胞因子在上清液中的浓度，相比对照组和纯脂质体组，其清除效率更高。此外，MM-Lipo对破骨细胞分化的影响也被评估，结果显示其能够有效抑制RANKL诱导的破骨细胞形成，同时增强成骨细胞的活性。这些结果表明，MM-Lipo通过其表面的细胞因子受体能够有效中和炎症因子，从而改善局部微环境，促进骨再生。
在体内实验中，研究人员建立了骨质疏松性骨缺损模型，并将MM-Lipo封装在GelMA水凝胶中进行治疗。结果显示，植入GelMA/MM-Lipo@PTH的骨缺损区域在四周后表现出显著的骨再生效果，包括更高的骨体积分数（BV/TV）、更高的骨小梁数量（Tb.N）和更厚的骨小梁厚度（Tb.Th），以及更低的骨小梁分离度（Tb.Sp）。这些指标均表明MM-Lipo@PTH能够有效促进骨形成并抑制骨吸收。此外，TRAP染色和OCN染色进一步验证了这一效果，显示MM-Lipo@PTH能够减少破骨细胞的数量，同时增加成熟成骨细胞的分布。
生物相容性评估显示，MM-Lipo@PTH在体内不会引起显著的免疫毒性或不良反应。血液学参数和生化指标均在正常范围内，器官组织切片也未显示出炎症、水肿或坏死等病理表现。这些结果表明，该平台具有良好的安全性和生物相容性，适合长期使用。此外，研究人员还指出，虽然当前的MM-Lipo使用RAW264.7细胞作为膜来源，但未来可能通过使用原始巨噬细胞（如骨髓来源的巨噬细胞）来提高其临床转化潜力。
综上所述，本研究开发了一种基于巨噬细胞膜-脂质体杂交纳米囊泡的多功能骨修复平台，该平台通过清除炎症因子和持续释放药物，有效促进了骨质疏松性骨缺损的修复。该平台不仅在体外实验中表现出良好的生物相容性和功能特性，而且在体内实验中也验证了其促进骨再生的能力。此外，该策略的模块化设计使其具有良好的可扩展性和临床转化潜力，为治疗与炎症相关的代谢性骨疾病提供了新的思路。未来的研究可以进一步优化该平台，探索其在其他组织再生中的应用，以及在不同病理条件下的适应性。
