基于明胶-金属酚醛网络涂层介孔生物活性玻璃的多功能水凝胶通过微环境调控促进骨再生

针对骨缺损微环境中氧化应激和细菌感染等关键问题，四川大学团队开发了负载单宁酸-镁金属酚醛网络(TA-Mg MPN)涂层的介孔生物活性玻璃纳米颗粒(MBGNs@TA-Mg)复合水凝胶(GM/MBTM)。该材料展现出优异的自由基清除能力(DPPH清除率49.5%、ABTS清除率90.5%)、抗金黄色葡萄球菌活性及促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化功能，为设计具有微环境调控能力的骨修复材料提供了新策略。

　　

骨骼作为人体重要的支撑结构，其损伤修复一直是临床面临的重大挑战。全球每年有数百万患者因创伤、肿瘤或感染导致骨缺损，这些缺损不仅带来持续疼痛，更严重影响生活质量。尤其令人困扰的是，大段骨缺损无法通过自体修复机制愈合，而现有生物材料往往难以应对骨缺损部位复杂的病理微环境——这里充斥着过量的活性氧(ROS)和潜在的细菌感染风险，如同一个充满敌意的"战场"，严重阻碍着修复进程。

面对这一难题，四川大学的研究团队独辟蹊径，从自然界中寻找灵感。他们注意到植物单宁酸(TA)这种天然多酚物质的独特性质：既能中和自由基，又能对抗微生物，还能与金属离子形成功能网络。结合镁离子(Mg²⁺)在骨骼发育中的关键作用，团队创新性地构建了TA-Mg金属酚醛网络(MPN)涂层，并将其搭载于具有骨整合能力的介孔生物活性玻璃(MBGNs)表面，最终整合到光交联明胶(Gel-GMA)水凝胶中，打造出名为GM/MBTM的"智能"骨修复材料。这项突破性成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》上。

研究团队运用溶胶-凝胶法制备MBGNs，通过配位反应构建TA-Mg涂层，采用核磁共振和红外光谱验证Gel-GMA合成，通过流变学和扫描电镜表征水凝胶性能。体外实验使用骨髓间充质干细胞(BMSCs)评估生物相容性，采用DCFH-DA探针检测ROS清除能力，通过菌落计数法测定抗金黄色葡萄球菌(S. aureus)活性，并利用碱性磷酸酶(ALP)染色和qPCR分析成骨分化诱导效果。

材料合成与表征
通过酸性条件下环氧基团开环反应成功合成Gel-GMA，FT-IR显示1720 cm^-1处出现酯羰基特征峰。MBGNs@TA-Mg的TEM显示均匀的介孔结构(孔径~4 nm)，XPS证实TA-Mg配位键形成。复合水凝胶具有可调节的机械性能(储能模量15-25 kPa)和快速光固化特性(60 s内凝胶化)。

抗氧化性能
GM/MBTM水凝胶展现出卓越的自由基清除能力：对DPPH和ABTS自由基的清除率分别达49.5±1.33%和90.5±0.39%。在H₂O₂刺激的BMSCs中，该材料使细胞内ROS水平降低2.3倍，有效缓解氧化应激损伤。

抗菌活性
针对临床常见的S. aureus，含5% MBGNs@TA-Mg的水凝胶使细菌存活率下降76%，抗菌机制源于TA的膜破坏作用和Mg²⁺干扰微生物代谢的协同效应。

成骨诱导效应
培养14天后，GM/MBTM组BMSCs的ALP活性是对照组的2.8倍，成骨相关基因Runx2、OPN表达量分别上调4.5倍和6.2倍。Micro-CT显示材料组钙结节沉积量增加3.1倍，证实TA-Mg网络能持续释放生物活性离子促进骨形成。

这项研究开创性地将植物多酚化学与生物活性玻璃技术相结合，构建出具有微环境调控功能的智能骨修复材料。其重要意义在于：首次证实TA-Mg MPN涂层可同时赋予材料抗氧化、抗菌和成骨三重功能；开发的GM/MBTM水凝胶通过可注射光固化方式实现微创治疗；为解决传统材料在复杂病理环境下失效的难题提供了新思路。这种"以自然之道还治自然之身"的策略，为设计下一代组织工程材料开辟了崭新途径。