功能性中空多孔微纤维支架搭载BMP-2调控巨噬细胞极化促进骨再生

针对骨缺损修复中存在的感染风险、炎症反应和成骨能力不足等问题，昆明医科大学团队通过定制化同轴微流控系统开发了PDTH多孔微球（PDTH PMs）。该微球以PLGA为基质，负载PDA、TOB和HA纳米颗粒，兼具抗菌、ROS清除和促成骨功能。体外实验证实其可促进BMSCs增殖迁移和成骨分化，大鼠颅骨缺损模型显示显著提升骨密度和新骨形成。该研究为多功能骨修复材料开发提供了新策略。

　　

骨缺损修复一直是临床面临的重大挑战。创伤、感染或手术造成的临界尺寸骨缺损无法自行愈合，而传统自体骨移植存在供区疼痛、免疫排斥等问题。尽管生物支架材料为骨再生带来希望，但现有技术难以同时解决感染控制、炎症微环境调节和成骨诱导三大难题。更棘手的是，大多数支架需要手术植入，可能造成二次损伤；而可注射微球虽能微创应用，却面临尺寸不均、功能单一等技术瓶颈。

昆明医科大学的研究团队在《Biomaterials Advances》发表的研究中，创新性地将微流控技术与多功能材料相结合，开发出具有革命性的PDTH多孔复合微球（PDTH PMs）。这项研究通过定制化同轴微流控系统（CCMS）实现了PLGA微球的高通量制备，并创新性地整合了聚多巴胺（PDA）的抗氧化特性、妥布霉素（TOB）的抗菌功能以及羟基磷灰石（HA）的成骨活性，构建出"三位一体"的骨修复解决方案。研究证实，这种多功能微球不仅能有效清除活性氧（ROS）、抑制细菌感染，还可通过调控巨噬细胞极化促进骨再生，为复杂骨缺损的治疗提供了新思路。

关键技术包括：1）定制同轴微流控系统制备尺寸均一的PLGA多孔微球；2）光交联水凝胶负载TOB和HA纳米颗粒；3）大鼠颅骨缺损模型评估骨再生效果；4）通过DPPH法和细菌培养实验验证ROS清除与抗菌性能；5）qPCR和Western blot分析BMSCs成骨分化标志物（ALP、OCN、RUNX2）。

【材料与方法】
研究采用PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物）为基质材料，通过CCMS系统生成油包水（O/W）乳液，结合双乳化法制备具有互连孔结构的多孔微球。微球表面修饰PDA后，负载含TOB和HA的甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶，形成PDTH PMs。

【体外性能评估】
PDTH PMs展现出优异的生物相容性，能显著促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）增殖（CCK-8检测显示培养7天后增殖率达对照组的2.3倍）。Transwell实验证实其可增强细胞迁移能力，同时qPCR检测显示成骨相关基因表达上调（ALP提高4.1倍，OCN提高3.8倍）。

【抗菌与抗氧化特性】
由于TOB的缓释作用和PDA的儿茶酚/亚胺基团，PDTH PMs对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制率分别达到98.7%和96.3%。DPPH自由基清除实验显示其ROS清除效率达89.5%，显著减轻氧化应激对成骨细胞的损伤。

【体内骨再生效果】
在大鼠颅骨缺损模型中，Micro-CT显示PDTH PMs组8周后新骨体积（BV/TV）达42.7%，显著高于对照组（11.3%）。组织学分析显示大量新生骨小梁形成，且未发现对心、肝、肾等主要器官的毒性。

这项研究的突破性在于：首次将微流控制备的均一多孔微球与巨噬细胞极化调控相结合，通过精确控制微球尺寸（200-300μm）和孔隙率（85.3±3.2%）实现了药物高效负载（TOB包封率92.1%）和可控释放。不同于传统块状支架，这种可注射微球能完美贴合不规则骨缺损，同时整合抗菌、抗氧化和成骨多重功能。研究不仅为骨再生材料设计提供了新范式，其模块化微流控平台还可拓展应用于其他组织工程领域。正如通讯作者Lei Zhang强调的，这种"一体化"策略有望推动骨缺损治疗从单纯结构修复向功能重建的转变。