低剂量3D多孔磷酸钙氧化石墨烯复合基质通过Wnt/β-catenin通路增强骨再生与力学性能

本研究创新性地将低浓度（5 wt%）骨诱导性磷酸钙氧化石墨烯（CaPG）整合至3D多孔PLGA基质中，显著提升基质的机械强度（37.02 MPa）与成骨活性。通过释放Ca2+/PO43?诱导子激活经典Wnt/β-catenin通路，上调BMP-2、WISP-1等靶基因表达，促进MC3T3-E1细胞分化与基质矿化，为负重骨缺损修复提供新型功能性材料。

　　

3D多孔微球基质设计与研究组别

针对骨再生中机械强度与生物活性的平衡难题，研究团队设计了一种基于聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）和磷酸钙氧化石墨烯（CaPG）的3D多孔微球复合基质。通过油包水乳液溶剂蒸发法，将1 wt%和5 wt%的CaPG封装至PLGA微球中，再经热烧结形成多孔结构。该设计巧妙利用CaPG中Ca²⁺和PO₄^3?的缓释特性，同时保留50%孔隙率以支持细胞浸润。

复合微球表征

扫描电镜（SEM）显示所有微球表面光滑，粒径均匀（300-600 μm）。能量色散X射线光谱（EDS）证实Ca²⁺和PO₄^3?在基质中均匀分布。热重分析（TGA）显示5 wt% CaPG组封装效率达93.7%，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）表明材料化学结构稳定，无相分离。

机械与理化性能突破

5 wt% CaPG组表现出卓越性能：接触角从81.16°降至71.75°，亲水性显著提升；压缩强度达37.02 MPa，接近小梁骨水平（48 MPa），较纯PLGA提升近300%。降解实验中，CaPG组因亲水特性呈现更快的水解速率，但pH稳定维持在7.4，无酸性副产物堆积。

细胞响应与成骨分化

MC3T3-E1细胞在CaPG基质上展现优异黏附与增殖，14天活死染色显示>95%存活率。5 wt% CaPG组碱性磷酸酶（ALP）活性较对照组提高3倍，钙沉积量增加4.5倍（Alizarin Red定量）。qPCR检测到关键成骨基因（Sp7、BGLAP、COL1A1等）显著上调，其中骨桥蛋白（BSP）表达量提升8倍。

Wnt通路机制解析

研究首次揭示CaPG通过5.66 mM Ca²⁺浓度选择性激活经典Wnt/β-catenin通路：β-catenin mRNA在1天即升高2.4倍，伴随BMP-2和WISP-1蛋白表达增加。DKK1抑制剂实验证实该激活具有通路特异性，为骨再生提供精准分子调控策略。

临床转化潜力

相较于既往90% CaPG的3D打印支架（强度仅5.18 MPa），本研究通过低剂量CaPG与PLGA的协同效应，实现力学-生物活性双优化。未来可拓展至负重动物模型，并探索氧化状态调控以进一步优化性能。这种"诱导子库"功能化基质为临界骨缺损修复提供全新解决方案。