可降解Zn-0.3Fe-0.05Mg合金膜通过调控巨噬细胞极化促进早期血管化骨再生的机制研究

为解决传统引导骨再生（GBR）膜机械性能不足和降解速率不匹配的问题，研究人员开发了一种新型可降解Zn-0.3Fe-0.05Mg合金膜。该研究通过调控巨噬细胞M2极化，促进MC3T3-E1细胞的成骨分化和人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的血管化，显著提升了早期骨再生效率。动物实验证实其降解可控且生物相容性优异，为GBR膜材料设计提供了新策略。

　　

在口腔颌面外科领域，引导骨再生（GBR）技术是修复局部颌骨缺损的黄金标准，但现有GBR膜面临两大难题：胶原膜降解过快导致屏障功能失效，而钛膜等非降解材料需二次手术取出。更棘手的是，传统材料缺乏免疫调控能力，难以协调骨再生中关键的早期血管化和炎症反应。锌（Zn）作为新兴可降解金属，虽具有适中降解速率，但纯锌膜机械强度不足易塌陷，且其免疫调节机制尚不明确。

针对这些问题，中南大学的研究团队创新性地开发了Zn-0.3Fe-0.05Mg三元合金膜，通过铁（Fe）和镁（Mg）的微量掺杂显著提升材料性能。研究发现该合金膜的杨氏模量达47.94±7.38 GPa，断裂伸长率20.67%±0.15%，较纯锌膜提升近4倍。体外实验显示，当锌离子浓度在37.33-93.33 μM范围时，可诱导Raw264.7巨噬细胞向修复型M2表型极化，CD206表达上调2.1倍，同时抑制炎症因子iNOS。通过Transwell共培养系统进一步证实，M2巨噬细胞通过分泌TGF-β1和VEGF，分别使MC3T3-E1细胞的成骨基因RUNX2表达提升3.5倍、HUVEC的血管形成面积增加68%。

研究采用多项关键技术：通过固相烧结和轧制工艺制备60 μm超薄合金膜；利用纳米压痕仪和万能试验机测定力学性能；建立小鼠气袋模型观察体内免疫反应；采用新西兰兔颅骨缺损模型进行12周纵向Micro-CT分析。

微结构表征与力学性能
SEM显示合金膜中分布着FeZn₁₃和Mg₂Zn₁₁第二相，纳米压痕测试证实其硬度（0.58 GPa）显著优于纯锌。

体外降解行为
模拟体液浸泡28天后，合金膜呈现均匀点蚀，降解速率0.18 mm/year，锌离子释放呈现"爆发-平稳"双相模式。

巨噬细胞极化调控
流式细胞术显示25%提取物处理组CD206⁺细胞占比达41.7%，而iNOS⁺细胞降至12.3%。

共培养系统效应
在Raw264.7-MC3T3-E1共培养中，ALP活性提高2.3倍；HUVEC管形成实验显示分支点数量增加85%。

体内成骨效能
植入4周时，Micro-CT显示合金膜组骨体积分数（BV/TV）达38.7%，较胶原膜组高2.1倍；Goldner染色可见新生骨沿膜层定向生长，完美重建颅骨解剖形态。

讨论部分指出，该研究首次阐明Zn-Fe-Mg合金通过"锌离子缓释-巨噬细胞重编程-组织再生"三级调控网络促进骨修复的机制。特别值得注意的是，合金膜在维持机械强度的同时，其降解速率与骨再生周期高度匹配——12周时体积残留率仍达81%，恰好覆盖临床骨愈合关键期。研究还发现，第二相Mg₂Zn₁₁作为牺牲阳极加速局部降解，而FeZn₁₃相则增强晶界稳定性，这种"双相协同效应"为降解可控的合金设计提供了新思路。

该成果发表于《BIOMATERIALS RESEARCH》，为开发兼具力学支撑功能和免疫调控能力的下一代GBR膜奠定了理论基础。未来研究可进一步优化镁含量以平衡降解速率，并探索表面改性技术增强早期细胞粘附。这项研究标志着可降解金属材料从"结构替代"向"功能重建"的重要跨越。