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引导骨再生（GBR）技术核心的胶原基屏障膜存在机械性能差、易受细菌侵袭和免疫调节不足等问题。为此，研究人员制备 Janus 胶原基 GBR 膜（CDCC）。结果显示，该膜在体内外表现出良好性能，优于 Bio - Gide? 膜，为骨再生提供新策略。
在骨骼健康领域，骨损伤是一个常见且棘手的问题。无论是因意外创伤、感染，还是系统性疾病导致的骨缺损，都给患者带来了极大的痛苦，严重影响他们的生活质量。引导骨再生（Guided Bone Regeneration，GBR）技术应运而生，成为临床上治疗骨缺损的标准疗法。这一技术的核心是 GBR 膜，其中胶原基 GBR 膜因其良好的生物相容性，在临床实践中得到了广泛应用。然而，目前的胶原基 GBR 膜并非完美无缺。它们存在着诸多挑战，比如机械强度不够，在实际使用中容易破损；屏障性能也不尽人意，无法有效阻止细菌入侵，这可能导致 GBR 手术失败；而且，现有膜在免疫调节方面也存在缺陷，难以适应复杂的免疫微环境，不利于骨组织的修复和再生。这些问题严重限制了 GBR 技术的进一步发展和临床效果，因此，研发一种性能更优越的胶原基 GBR 膜迫在眉睫。
为了解决这些难题，四川大学等研究机构的研究人员展开了深入研究。他们致力于制备一种具有免疫调节功能的 Janus 胶原基屏障膜，期望通过这种创新的材料设计，提升骨再生的效果。研究结果令人振奋，这种 Janus 胶原基膜（Collagen - DCMC@Curcumin/Chlorhexidine，CDCC）展现出了卓越的性能，在骨再生方面优于目前临床上常用的商业 Bio - Gide? 膜。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为骨再生领域提供了新的思路和方向，有望推动 GBR 技术取得新的突破，为广大骨损伤患者带来更好的治疗方案。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。在材料制备方面，采用分层浇铸法制备 CDCC 膜，通过控制工艺条件，精确构建膜的结构。在材料表征上，运用傅里叶变换红外光谱（FT - IR）、核磁共振（NMR）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等技术，对材料的化学结构、形貌和微观结构进行深入分析。细胞实验中，使用细胞计数试剂盒 - 8（CCK - 8）检测细胞活性，通过免疫荧光染色和流式细胞术分析细胞分化情况。动物实验则利用大鼠颅骨缺损模型和皮下植入模型，借助微计算机断层扫描（micro - CT）和组织学染色评估膜的体内性能。
1. 姜黄素 @胆固醇聚乙二醇纳米胶束（Cur@Chol - PEG NMs）的制备与表征：研究人员首先合成了两亲性聚合物胆固醇聚乙二醇（Chol - PEG），并通过乳化 - 薄膜分散法将疏水性药物姜黄素（Cur）负载到其中，制备出 Cur@Chol - PEG NMs。FT - IR 和 NMR 结果证实了 Chol - PEG 的成功合成，TEM 观察到纳米胶束呈球形，动态光散射（DLS）测定其粒径和分散性良好。Cur 的负载效率和包封率分别为 54.2 ± 3.4 mg/g 和 88.4 ± 6.4%，表明该纳米胶束能有效负载 Cur。
2. Janus GBR 膜（CDCC）的制备与表征：CDCC 膜由致密层和多孔层组成。致密层通过蒸发诱导组装和席夫碱反应形成，多孔层则借助冰模板法制备。SEM 图像显示，致密层约 200μm 厚，表面无孔，多孔层约 800μm 厚，孔径约 108μm，适合成骨细胞生长。EDX 分析表明纳米羟基磷灰石（nHAP）均匀分布在多孔层，AFM 显示多孔层表面粗糙度更高。CDCC 膜的力学性能优异，拉伸强度、T - 剥离强度、搭接剪切强度和粘附强度均显著高于 Bio - Gide? 膜，且在干湿条件下均具有良好的韧性。
3. CDCC 膜的顺序药物释放、溶胀和抗降解性能：CDCC 膜在模拟体液中，CHX 在 5 天内有约 60% 的初始突释，随后达到吸附 - 解吸动态平衡，其释放符合 Weibull 分布模型；Cur 则通过纳米载体实现了长达 60 天的持续释放，符合 Weibull 分布模型和一级模型。CDCC 膜的溶胀行为与 Bio - Gide? 膜相似，且在体外降解实验中，CDCC 膜降解缓慢，在 28 天后仍保留大部分形态，展现出良好的抗降解性能。
4. CDCC 膜的抗菌功能：研究发现，CDCC 膜对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）均有显著的抗菌作用。抑菌圈实验表明，CDCC 膜的多孔层和致密层对两种细菌均有明显的抑菌圈，而其他对照组则无。细菌培养实验显示，CDCC 膜能有效降低细菌活力，破坏细菌结构，其抗菌作用归因于 CHX 的快速释放和质子化，以及致密层的屏障作用。
5. CDCC 膜的异质性：CDCC 膜具有良好的血液相容性和细胞相容性，溶血率低于 5%，对细胞无明显毒性。细胞实验表明，L929 成纤维细胞在 CDCC 膜的多孔层能大量增殖并深入浸润，而在致密层则主要局限于表面附近，说明致密层可有效阻止成纤维细胞浸润。同时，MC3T3 - E1 成骨细胞在多孔层的增殖能力较强，表明该膜有利于成骨细胞生长。
6. CDCC 膜的骨免疫调节功能：在炎症条件下，CDCC 膜能有效调节巨噬细胞极化，促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）向成骨细胞分化。实验显示，与 LPS 组相比，CDCC 膜组的碱性磷酸酶（ALP）染色、茜素红 S（ARS）染色更明显，成骨相关蛋白（OCN、RUNX - 2、OPN、COL - 1）和基因的表达水平显著升高。RNA - seq 分析揭示了 CDCC 膜调节骨形成的潜在信号通路，主要涉及 TNF 信号通路、IL - 17 信号通路等。
7. CDCC 膜在体内的生物相容性评价：通过大鼠皮下植入实验，研究人员发现 CDCC 膜具有良好的生物相容性。在植入后的观察期内，大鼠健康状况良好，无感染或并发症。免疫组化染色结果显示，CDCC 膜能有效减轻炎症反应，促进更有利的愈合环境，其 TGF - β 表达水平较高，而 IL - 1β 和 TNF - α 表达水平较低。
8. CDCC 膜在体内的骨修复功能：利用大鼠颅骨临界尺寸缺损模型，研究人员评估了 CDCC 膜的体内骨修复功能。Micro - CT 图像显示，CDCC 膜治疗组在 4 周和 8 周时的新骨再生程度明显优于 Bio - Gide? 膜治疗组，骨体积分数（BV/TV）更高，骨小梁厚度（Tb. Th）更大，骨小梁分离度（Tb. Sp）更小。组织学染色结果也表明，CDCC 膜组的骨再生效果更好，有更多的小梁骨和成熟的骨髓腔，以及显著的胶原沉积。
9. CDCC 膜在体内的早期炎症反应：在大鼠颅骨感染缺损模型中，CDCC 膜展现出强大的抗菌、免疫调节、促血管生成和骨生成能力。Micro - CT 数据显示，CDCC 膜治疗组的骨体积分数更高，免疫荧光和免疫组化染色结果表明，该组 M2 巨噬细胞极化程度更高，炎症因子水平更低，同时成骨蛋白和血管蛋白的表达水平显著升高。
综上所述，研究人员成功制备了一种具有免疫调节功能的 Janus 胶原基 GBR 膜（CDCC）。该膜集成了多种功能，多孔层促进成骨细胞的直接成骨分化，致密层有效防止软组织侵入和细菌感染。通过调节免疫微环境，CDCC 膜协同促进骨髓间充质干细胞的成骨分化，在体内外均展现出优于 Bio - Gide? 膜的骨再生性能。这项研究为生物活性 GBR 膜的设计提供了新策略，有望推动骨再生临床治疗的发展，为骨损伤患者带来更有效的治疗方案，在骨再生领域具有重要的理论意义和临床应用价值。
