纳米辅助动态组装水凝胶：强组织粘附与主动免疫调节协同促进骨缺损修复

推荐：针对不规则骨缺损修复中机械支撑不足、炎症控制不佳和成骨活性低等难题，研究人员开发了基于多酚（PA）、多肽和黏土纳米片（CNSs）的超分子组装水凝胶（PPC-Gel）。该材料通过阳离子-π相互作用和静电交联，兼具自愈合、强粘附（45.6 kPa）和免疫调节功能，显著促进BMSCs成骨分化（ALP活性提升至32.0 U/g）并加速大鼠骨缺损愈合（12周BV/TV提升2倍），为复杂组织再生提供了创新策略。

　　

骨缺损修复一直是外科领域的重大挑战，尤其是形状不规则的骨缺损。传统治疗方法如自体/异体骨移植存在供体限制和免疫排斥问题，而钛合金等生物惰性材料又缺乏组织粘附性和免疫调节能力。更棘手的是，创伤引发的慢性炎症会导致促炎细胞因子过量释放，破坏骨吸收与形成的动态平衡。面对这些难题，苏州大学的研究团队在《Bioactive Materials》发表了一项突破性研究，开发出一种能主动适应不规则缺损、调控免疫微环境并促进骨再生的智能水凝胶。

研究团队采用阳离子-π相互作用和静电交联策略，将天然多酚化合物Punicalagin（PA）、含胍基的抗菌肽（RWRWRWC）和黏土纳米片（CNSs）组装成动态水凝胶（PPC-Gel）。关键技术包括：1）通过核磁共振（¹H NMR）和紫外光谱（UV-Vis）验证材料合成；2）利用流变仪测试自愈合性能（应变100%下10分钟恢复）；3）建立大鼠股骨缺损模型评估修复效果（Micro-CT和免疫荧光分析）。

合成与表征
通过¹H NMR证实8-arm PEG-(RW)₃的成功合成（图1A），UV-Vis显示PA与多肽混合后吸收峰红移10 nm（图1B），证实阳离子-π相互作用。引入CNSs后水凝胶孔径增大至91.1 μm（图1E-G），有利于细胞迁移。

力学与粘附性能
PPC-Gel储能模量（G′）达PPA-Gel的5倍（图2A-C），临界应变52%。粘附强度45.6 kPa（图2D），可牢固粘合猪骨碎片（图2E），机制涉及氢键、迈克尔加成和静电作用（图2F）。

生物活性验证
对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的杀菌率>99%（图3A-B），清除DPPH和ABTS自由基效率>90%（图3C-F）。H₂O₂诱导的RAW 264.7细胞中，PPC-Gel使ROS水平降低70%。

免疫调节机制
PPC-Gel使M1标志物iNOS表达降低50%，同时提升M2标志物ARG1和CD206⁺细胞比例至对照组的3倍（图4A-E）。Western blot显示IL-1β下调而IL-10上调（图4F）。

成骨分化促进
巨噬细胞条件培养基（MCM）实验表明，PPC-Gel组ALP活性和钙结节形成量分别提高48%和2.3倍（图5B-D），OCN荧光强度增强3倍（图5E），Runx2和Ocn基因表达上调（图5F-H）。

体内修复效果
Micro-CT显示12周时PPC-Gel组骨体积分数（BV/TV）达对照组的2.5倍（图7B），血管标记CD31⁺区域增加80%。H&E染色显示新生骨小梁结构完整（图7F），血清骨标志物P1NP水平提升2倍。

这项研究开创性地将天然多酚的免疫调节能力与纳米黏土的力学增强特性相结合，解决了骨修复材料"粘不住、撑不住、调不了"的三大痛点。PPC-Gel的独特之处在于：1）通过保留PA的酚羟基最大化生物活性；2）利用CNSs激活Wnt通路直接促骨；3）动态交联网络实现微创注射。该策略不仅适用于骨再生，也为心肌、软骨等复杂组织修复提供了普适性设计范式。