生物陶瓷表面微沟槽结构通过调控巨噬细胞极化促进免疫成骨的作用机制

这篇研究通过数字光处理（DLP）3D打印技术制备了具有不同间距微沟槽结构（0、25、50、75 μm）的β-磷酸三钙（β-TCP）生物陶瓷，揭示了表面拓扑线索对巨噬细胞定向排列、极化表型（M1/M2）及细胞因子分泌的调控作用。研究发现75 μm间距的微沟槽结构能显著诱导巨噬细胞定向排列并促进其向促修复的M2表型转化，通过分泌骨形态发生蛋白-2（BMP-2）和抑瘤素M（OSM）等成骨因子，进而增强骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化能力，为骨修复材料的免疫调控设计提供了新策略。

　　

生物陶瓷表面拓扑结构调控免疫成骨的机制研究

引言
随着骨组织工程的发展，β-TCP等生物陶瓷因其类骨力学性能和良好的骨传导性成为骨修复的重要材料。然而，植入后的先天免疫反应（尤其是巨噬细胞介导的炎症调控）深刻影响骨再生进程。本研究聚焦生物陶瓷表面微沟槽结构对巨噬细胞行为的调控，探索其通过免疫微环境优化促进成骨的新机制。

材料与方法
采用DLP 3D打印技术制备表面具有不同间距微沟槽（0、25、50、75 μm）的β-TCP陶瓷（S-0至S-75）。通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）验证材料形貌与相纯度，纳米压痕测试显示微沟槽结构可提升表面硬度（S-75达1.895 GPa）和模量（24.95 GPa）。以RAW 264.7巨噬细胞为模型，通过共聚焦显微镜（CLSM）观察细胞排列，并检测表型标志物（CCR7/M1、CD206/M2）及细胞因子表达。

结果

1. 巨噬细胞定向排列与表型转化：S-75组巨噬细胞沿微沟槽呈显著定向排列，形态由球形转为梭形（M2特征），而S-0组细胞随机聚集。NO分泌检测显示S-75组的M1相关炎症因子水平最低，免疫荧光证实其CD206（M2标志）表达量较S-0组提高3倍，CCR7（M1标志）降低60%。
2. 成骨因子分泌增强：qPCR显示S-75组巨噬细胞的BMP-2和OSM基因表达量最高，分别为S-0组的2.5倍和2.1倍。
3. BMSCs成骨分化促进：使用巨噬细胞条件培养基（CM）培养BMSCs 7天后，S-75组的Runx2和骨桥蛋白（OPN）表达量较对照组提升80%，碱性磷酸酶（ALP）染色显示矿化结节形成显著增加。

结论
75 μm间距的微沟槽结构通过物理拓扑线索诱导巨噬细胞定向排列和M2极化，优化免疫微环境并促进成骨因子分泌，最终加速BMSCs的成骨分化。该研究为设计具有免疫调控功能的骨修复材料提供了理论依据与技术路径。

材料与方法细节补充

• 细胞实验：RAW 264.7接种于陶瓷表面5天，CCK-8检测显示S-75组增殖活性最高。
• 机制验证：通过抑制实验证实巨噬细胞形态变化与RhoA/ROCK通路激活相关。
• 统计分析：所有数据经GraphPad Prism 8处理，显著性阈值设为P<0.05。