同轴静电纺丝构建载药纳米纤维膜协同增强骨缺损修复：DFO/SrHA双释放体系促进成骨分化的机制研究

针对骨缺损修复中供体短缺和移植物并发症的临床难题，研究人员通过同轴静电纺丝技术构建了负载去铁胺（DFO）和锶掺杂羟基磷灰石（SrHA）的双药物缓释纳米纤维膜（NMs）。该材料通过协同激活HIF-1α和Wnt/β-catenin信号通路，显著促进大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）的增殖、血管生成及成骨分化，为骨再生提供了长效稳定的药物控释策略。

　　

论文解读

骨缺损修复一直是临床面临的重大挑战，尤其是随着人口老龄化加剧，骨质疏松、创伤和感染导致的骨缺损病例逐年增加。目前，自体骨移植仍是金标准，但供体短缺和手术并发症限制了其应用。人工骨修复材料虽提供了替代方案，但如何实现高效成骨仍是未解难题。传统材料往往面临药物释放不可控、生物活性不足等问题，而单一药物策略难以同时满足血管化和成骨的双重需求。

针对这一瓶颈，中国科学技术大学的研究团队在《Biomaterials Advances》发表了一项创新研究。他们利用同轴静电纺丝技术，设计了一种核壳结构的双药物缓释纳米纤维膜（NMs）：将促血管生成的去铁胺（DFO）封装于核层实现缓释，而成骨活性成分锶掺杂羟基磷灰石（SrHA）负载于壳层实现持续释放。这种精巧的设计不仅解决了DFO易失活和高剂量毒性的问题，还通过Sr²⁺浓度精准调控（97 μM）避免了高剂量锶离子的细胞毒性。

研究团队采用的关键技术包括：同轴静电纺丝构建核壳纤维、体外药物释放动力学分析、BMSCs增殖与分化功能实验（ALP活性检测、茜素红染色等），以及HIF-1α和Wnt/β-catenin通路蛋白的分子机制验证。

研究结果

1. 材料表征与药物释放
   通过扫描电镜证实NMs具有均匀的纤维形貌（直径约800 nm）和高孔隙率（>85%）。体外释放实验显示，DFO从核层缓释长达21天，Sr²⁺从壳层持续释放28天，两者均符合零级动力学模型。

2. 细胞行为调控
   与单药负载组相比，DFO/SrHA NMs使BMSCs增殖率提升2.3倍，ALP活性增加1.56倍，且矿化结节形成量提高2.1倍。共培养实验显示，该材料诱导的VEGF分泌量是空白组的3.2倍，证实其促血管生成能力。

3. 分子机制解析
   Western blot分析揭示，DFO通过稳定HIF-1α蛋白激活VEGF通路，而Sr²⁺通过抑制GSK-3β增强β-catenin核转位。双通路协同作用使Runx2和OPN等成骨标志物表达量提升4-5倍。

结论与意义
该研究首次将DFO的血管化能力与SrHA的成骨活性通过时空控释策略相结合，突破了传统骨修复材料功能单一的局限。其创新性体现在：① 核壳结构实现药物活性长效保护；② 双通路协同放大成骨效应；③ 97 μM Sr²⁺的优化剂量平衡安全性与有效性。这种NMs在骨质疏松性骨缺损和创伤修复中具有重要转化价值，为复杂组织工程提供了"血管化-成骨耦合"的设计范式。未来研究可进一步探索其在大型动物模型中的再生效能及临床转化路径。