基于组织特异性生物墨水的气管样结构集成生物打印技术研究

推荐：本研究针对骨关节炎(OA)这一全球高负担疾病缺乏有效疾病修饰疗法的现状，系统探讨了免疫调节生物材料在OA治疗中的应用。研究人员聚焦纳米颗粒(NPs)、水凝胶和支架三类生物材料，通过调控NF-κB等信号通路和巨噬细胞极化(M1/M2)，实现了炎症抑制与组织再生的双重功效，为开发靶向OA病理机制的新型疗法提供了重要理论依据。

　　

骨关节炎(OA)作为最常见的退行性关节疾病，全球患者已超过2亿例，但现有治疗手段仍以缓解症状为主，无法逆转疾病进程。这种"治标不治本"的困境主要源于OA复杂的病理机制——不仅是关节软骨的退化，更涉及慢性炎症、免疫失调、氧化应激等多因素相互作用。传统药物如非甾体抗炎药(NSAIDs)和糖皮质激素虽能短期缓解疼痛，却可能加速软骨降解；而关节置换手术虽能治疗终末期OA，但存在费用高昂、并发症多等问题。面对这一临床挑战，科学家们开始将目光投向免疫调节疗法，因为越来越多的证据表明，M1型巨噬细胞过度活化、促炎细胞因子(如IL-1β、TNF-α)泛滥等免疫异常，正是推动OA进展的关键驱动力。

在此背景下，国内研究团队在《Materials Today Bio》发表的重要综述系统梳理了免疫调节生物材料在OA治疗中的最新进展。研究人员创新性地提出"骨免疫"调控策略，通过设计具有免疫调节功能的纳米颗粒、水凝胶和支架三类生物材料，实现了对OA微环境的精准干预。这些材料不仅能靶向递送药物、清除过量活性氧(ROS)，还能重塑巨噬细胞表型（从促炎的M1型转为抗炎的M2型），从根本上打破"炎症-组织损伤"的恶性循环。

研究主要采用了三大技术方法：一是通过微流控技术和表面修饰构建靶向给药系统（如叶酸修饰的纳米颗粒可特异性识别M1巨噬细胞）；二是开发智能响应材料（如pH敏感型水凝胶在OA关节酸性环境中控释药物）；三是结合3D打印技术制备具有免疫调节功能的仿生支架。临床样本分析显示，这些生物材料能显著降低患者关节液中IL-6等炎性因子水平。

在纳米颗粒研究方面，作者团队设计了多种功能化NPs：叶酸修饰的碳点(CDs)可靶向识别M1巨噬细胞表面的FR-β受体；IgG调理的纳米粒通过"伪装"策略提高关节滞留时间；而锰氧化物(Mn₃O₄)纳米酶则通过模拟SOD和CAT活性清除ROS。动物实验证实，这些NPs能使关节腔促炎因子TNF-α降低60%以上，同时促进软骨标志物COL2A1表达。

水凝胶章节重点介绍了三类创新设计：温度响应型（如Pluronic F127基水凝胶在37°C发生溶胶-凝胶转变）；炎症响应型（如苯硼酸修饰的透明质酸在ROS环境下降解）；以及纳米复合水凝胶（如掺硒碳量子点增强穿透性）。特别值得关注的是负载LRRK2-IN-1的外泌体水凝胶(W-Exo-L@GelMA)，其通过抑制LRRK2激酶调控线粒体自噬，使软骨细胞存活率提高2.3倍。

支架部分展示了多种免疫调节策略：磺化聚醚醚酮(SPK)支架通过表面电荷调控使M2巨噬细胞比例提升至78%；铜掺杂生物活性玻璃(Cu-BGC)通过持续释放Cu²⁺抑制NF-κB通路；而3D打印的钴-氯胺磷酸盐(Co-ClAP)支架则展现出多重酶活性，能同时清除O₂^-和H₂O₂。这些支架在修复骨软骨缺损时，新生组织力学性能接近天然软骨的80%。

这项研究的重要意义在于建立了"材料设计-免疫调控-组织再生"的协同治疗范式。通过精确调控OA关节中的免疫微环境，这些生物材料不仅能缓解症状，更能从源头上阻断疾病进展。特别是将纳米技术、免疫工程与组织工程相结合的策略，为开发兼具靶向性、响应性和功能性的下一代OA疗法指明了方向。随着对"骨免疫"机制认识的深入，这种基于生物材料的免疫调节策略有望拓展到类风湿性关节炎等其他关节疾病的治疗领域，具有广阔的临床转化前景。