3D打印MnOx掺杂PLGA支架通过超长效多酶活性缓解氧化应激微环境并促进血管化骨形成治疗股骨头坏死

为解决股骨头坏死(ONFH)核心减压术后骨修复难题，研究人员开发了一种具有超长效SOD/CAT样活性的3D打印MnOx-PLGA复合支架。该支架能持续催化ROS生成O2缓解氧化应激，并通过激活PI3K/AKT通路促进BMSCs成骨分化和HUVECs血管形成，在兔ONFH模型中显著减少空骨陷窝并促进血管化骨再生，为临床治疗提供了兼具力学支撑与生物活性的新型植入材料。

　　

股骨头坏死(ONFH)是导致髋关节残疾的重大疾病，全球每年新增病例超30万。当前核心减压联合植骨术存在三大瓶颈：手术创伤破坏骨小梁结构、缺血缺氧微环境阻碍修复、氧化应激诱发骨细胞凋亡。传统生物材料难以同时满足力学支撑、长效供氧和促血管生成需求，约30%患者术后5-10年仍出现股骨头塌陷。

南方医科大学珠江医院研究团队创新性地将锰氧化物纳米颗粒(MnO_x NPs)与聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)结合，通过熔融沉积成型(FDM)技术制备3D打印支架。该支架具有三大突破性特征：一是Mn²⁺/Mn³⁺/Mn⁴⁺混合价态赋予超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)双酶活性，能持续30天将ROS催化为O₂；二是孔径400μm的互连孔隙促进营养交换和血管长入；三是机械强度(9MPa)与松质骨匹配。研究发表于《Journal of Orthopaedic Translation》。

关键技术包括：BSA辅助氧化法制备10nm MnO_x NPs；FDM 3D打印构建掺杂浓度梯度(1%/2.5%/5%)的PLGA支架；建立激素联合脂多糖诱导的兔ONFH模型；通过转录组测序和GSEA分析抗氧化机制；Micro-CT量化新骨形成。

研究结果揭示：

1. 支架表征：XPS证实MnO_x含27.2% Mn²⁺、27.1% Mn^3+/4+和45.7% Mn⁴⁺，PTIO检测显示自由基清除率达50%。PLGA/Mn2.5组在H₂O₂溶液中O₂释放持续30天。
2. 细胞保护：流式显示PLGA/Mn2.5使H₂O₂处理的BMSCs凋亡率从90%降至30%，激活PI3K/AKT通路并上调Nqo1、Sod2等抗氧化基因4-8倍。
3. 促成骨效应：ALP活性检测显示PLGA/Mn2.5组比纯PLGA组提高2.3倍，Runx-2、Ocn基因表达分别上调3.1倍和4.7倍。
4. 促血管作用：Transwell实验显示PLGA/Mn2.5使HUVECs迁移数增加7倍，CD31荧光强度提升5倍，血管生成关键因子VEGF表达上调3.2倍。
5. 动物疗效：Micro-CT显示植入12周后PLGA/Mn2.5组BV/TV达19.96%，显著高于PLGA组(10.29%)，空骨陷窝比例降低68%，CD31阳性血管密度增加4倍。

该研究首创性地将纳米酶技术应用于骨修复材料，突破传统支架无法长效改善缺氧微环境的局限。Mn²⁺通过整合素α5β1增强细胞粘附，同时协同IGF-1促进成骨。临床转化优势显著：PLGA已获FDA批准，Mn是人体必需微量元素，且MnO_x NPs成本低廉易于规模化生产。未来需优化制备工艺降低二氯甲烷残留，并探索ROS/O₂动态平衡对成骨-血管耦联的影响。这项工作为ONFH治疗提供了兼具生物活性和力学性能的"all-in-one"解决方案，有望改变30%患者需二次关节置换的临床困境。