综述：智能骨植入物的进展：组织修复与再生的最新多功能策略与协同机制

这篇综述系统探讨了智能骨植入物在骨科和口腔医学领域的最新进展，重点阐述了多功能设计（如抗菌/成骨/免疫调节/血管化/神经再生）如何通过模拟天然骨微环境（BMP/Smad、Wnt/β-catenin等通路）实现协同修复。文章创新性总结了材料理化性质对干细胞生态位（BMSCs）和细胞内信号的影响，为开发仿生智能植入物提供了理论和技术支持。

　　

智能骨植入物的革命性进展

1. 引言
传统骨植入物已从单纯机械支撑发展为能动态调控骨微环境的“智能活体组织”。随着人口老龄化加剧，骨科疾病全球负担日益加重，而自体/异体移植存在供体限制和免疫排斥问题。智能植入物通过整合生物材料学与生物学机制，不仅能修复结构缺陷，更能通过BMP/Smad、MAPK等通路主动促进成骨分化，同时兼顾抗菌、血管化和免疫调节功能，堪称骨科领域的“生物电子接口”。

2. 成骨功能与机制

2.1 患者特异性成骨微环境
骨质疏松、糖尿病等病理状态会破坏骨稳态。例如糖尿病高糖环境会抑制BMSCs的终末分化，而ROS积累的骨质疏松骨髓则形成慢性炎症状态。针对这些挑战，搭载IL-4和Ca²⁺的PEEK植入物可时序调控免疫反应，而Mg-Ga层状双氢氧化物涂层能通过维持pH 8.5的弱碱环境促进自噬，实现骨质疏松条件下的骨整合。

2.2 成骨信号通路调控
3D打印的Mg-1Ca/PCL支架通过释放Mg²⁺激活Wnt/β-catenin通路；而GO/GelMA支架则通过吸附内源性BMPs增强Smad1/5信号。更有趣的是，Wnt3a修饰的微珠平台能诱导BMSCs不对称分裂，产生具有干性维持和成骨分化潜能的亚群，犹如“细胞编程器”。

2.3 破骨-成骨动态平衡
Mn-TCP陶瓷通过Mn²⁺清除ROS抑制破骨分化，而高Ca/P比的CPC支架反而通过增强RANKL-RANK结合促进破骨活动，揭示“破骨细胞亦可成为成骨盟友”的新理念。

3. 双功能平台策略

3.1 抗菌-成骨协同
Zn-Ag合金通过下调细菌粘附基因Alte实现“无抗生素杀菌”；而ZnO/Zn₃(PO₄)₂杂化纳米结构则像“纳米矛”物理刺穿细菌膜。光热响应的BP@HA支架在42°C下既能杀灭MRSA，又能通过Zn²⁺/PO₄^3?释放促进BMSCs矿化。

3.2 免疫-成骨协同
90nm蜂巢状TiO₂结构通过RhoA/ROCK通路促使巨噬细胞向M2表型极化，而BaTiO₃纳米膜则通过模拟天然骨ECM的负电位微环境抑制AKT2表达，堪称“免疫导电开关”。

4. 神经-血管-成骨三位一体
搭载BP@Mg的复合水凝胶通过持续释放Mg²⁺上调CGRP（降钙素基因相关肽），促进神经再生与血管化；而3D打印的SC-exos支架则模拟雪旺细胞介导的“神经-骨对话”，通过TGF-β通路实现同步神经支配与骨再生。

未来展望
4D打印的形状记忆植入物、外泌体修饰的“无细胞”支架等新技术，正推动骨修复进入“时空动态调控”时代。但如何平衡多功能协同与材料长期生物安全性，仍是临床转化的关键挑战。