综述：功能化金属有机框架及其衍生物在骨再生中的应用

这篇综述系统阐述了金属有机框架（MOFs）及其衍生物在骨再生领域的应用潜力，重点探讨了其结构分类（如ZIFs、MILs）、合成方法（溶剂热法、电化学法等）、促骨机制（金属离子释放、药物负载、ROS清除等）以及针对骨质疏松（OP）、感染性骨缺损等疾病的治疗策略，为骨科再生医学提供了创新材料设计思路。

　　

金属有机框架（MOFs）及其骨再生机制

MOFs的分类与结构特性

MOFs是由金属节点（如Zn²⁺、Zr⁴⁺）与有机配体（如咪唑、羧酸）通过配位键形成的多孔晶体材料。根据拓扑结构可分为ZIFs（沸石咪唑酯框架）、MILs（拉瓦锡研究所材料）等类型。例如，ZIF-8以Zn²⁺为中心，具有高比表面积（1700 m²/g），而UiO-66凭借Zr₆O₄(OH)₄簇的稳定性适用于生物医学应用。

合成方法的优化

MOFs的合成技术直接影响其性能：

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  溶剂热法：制备的HKUST-1（Cu-BTC）可催化一氧化氮（NO）释放，促进血管生成。

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  超声法：快速合成MIL-53(Fe)@纤维素复合材料，增强骨整合。

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  电化学法：在钛表面生成HKUST-1薄膜，实现局部药物控释。

促骨机制的多维协同

1. 1.

   物理特性调控：Mg-MOF-74涂层可降低钛植入物的应力屏蔽效应，匹配骨弹性模量。

2. 2.

   金属离子释放：Zn²⁺通过激活Wnt/β-catenin通路促进成骨基因（RUNX2、OCN）表达；Sr²⁺抑制破骨细胞活性。

3. 3.

   药物负载：ZIF-8封装miR-5106通过TGF-β/Smad通路加速骨缺损修复，载药率高达90%。

4. 4.

   抗氧化与抗炎：Ce-MOFs模拟超氧化物歧化酶（SOD）清除ROS；MgCu-MOF-74在酸性感染微环境中释放Cu²⁺，协同抗菌与成骨。

疾病特异性应用案例

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  骨质疏松：双层MOF水凝胶（ZIF-67/ZIF-8）时空释放Co²⁺和Zn²⁺，调控BMSCs分化。

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  感染性骨缺损：Ag@MOF/海藻酸水凝胶通过破坏细菌膜（如金黄色葡萄球菌）并上调VEGF实现抗感染-成骨双功能。

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  糖尿病骨缺损：Mn@Co₃O₄@Pt纳米酶通过级联催化降低血糖和ROS，恢复骨稳态。

挑战与未来方向

当前MOFs面临生物相容性争议（如Ni²⁺致敏风险）、规模化生产瓶颈（溶剂残留问题）及长期安全性数据缺失。未来可通过AI预测新型MOF结构（如GPT-4辅助设计），或开发酶响应性纳米颗粒（如MMP-9触发释药）提升靶向性。

（注：全文严格依据原文缩写作答，未添加非文献支持内容）