基于PLGA-LDH复合微球的可注射GG/明胶水凝胶用于阿仑膦酸钠缓释及骨再生研究

为解决骨缺损修复中药物突释和机械强度不足的问题，研究人员开发了负载阿仑膦酸钠(ALN)的PLGA-LDH复合微球/Gellan Gum-明胶水凝胶(Gel-PMA)。该体系通过多层封装实现ALN缓释(28天释放95%)，压缩强度提升至170 kPa，并显著促进碱性磷酸酶(ALP)活性和钙沉积，为骨组织工程提供了兼具力学支撑与成骨诱导功能的可注射支架。

　　

随着人口老龄化加剧，大段骨缺损修复成为临床难题。传统自体骨移植存在供体有限和二次创伤等问题，而现有生物材料往往面临药物突释、机械强度不足或成骨活性欠佳的挑战。阿仑膦酸钠(ALN)虽能抑制破骨细胞活性，但其低分子量导致易扩散流失；Gellan Gum(GG)水凝胶虽具生物相容性，但脆性大难以承重。如何构建兼具缓释功能、力学支撑和成骨诱导的多功能支架，成为骨再生领域的关键科学问题。

国内研究人员通过创新性的"三明治"结构设计，将ALN先装载于锰-锌层状双氢氧化物(LDH)纳米颗粒(142 nm)，再封装进聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)微球(120 μm)，最终分散在GG/明胶(90:10)水凝胶中。这种Gel-PMA复合体系发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，通过固-油-水(S/O/W)双乳液法、离子交联和冷冻干燥等技术，实现了材料制备与性能调控。研究特别关注了微球掺量对机械强度的影响，并通过ALP活性检测、茜素红染色(ARS)和基因表达分析等系统评估了成骨效能。

材料表征

FTIR证实LDH成功负载ALN，XRD显示PLGA微球呈典型无定形结构。SEM显示水凝胶具有200-300 μm的多孔结构，PLGA微球均匀分布其中。

机械性能

掺入10 wt% PLGA微球使压缩强度从30 kPa提升至170 kPa，满足松质骨力学要求。流变测试显示储能模量(G')高于损耗模量(G'')，证实凝胶网络稳定性。

药物释放

28天内累计释放95% ALN，符合Higuchi模型。LDH-PLGA双重屏障使突释率降至15%，较单纯PLGA体系降低3倍。

生物相容性

CCK-8检测显示细胞存活率>90%，活死染色证实MG-63细胞在材料表面铺展良好。

成骨性能

ALP活性在28天增至0.022 μmol/min/mg，钙沉积量达0.022 μg/μL。qPCR显示骨钙素(OCN)和I型胶原(Col I)基因表达上调2-3倍，ARS显示明显矿化结节形成。

该研究通过"纳米-微米-宏观"三级结构设计，突破了传统水凝胶力学性能与药物控释难以兼顾的瓶颈。Gel-PMA体系不仅为骨缺损提供物理支撑，其持续释放的ALN通过抑制破骨细胞、促进BMSCs成骨分化，实现了"双通路"骨修复。这种模块化设计策略可拓展至其他生长因子递送系统，在骨关节炎、牙槽骨再生等领域具有广阔应用前景。研究团队特别指出，未来将通过动物实验进一步验证其在体成骨效能，并优化冻干工艺以提高临床操作性。