综述：磁化细胞-支架构建体在骨组织工程中的应用：制备与磁刺激进展

本综述系统阐述了磁性颗粒（MPs）在骨组织工程中的前沿应用，重点探讨了磁化细胞（MCs）和磁化支架（MSs）的构建策略及其在静态（SMFs）或交变磁场（AMFs）调控下通过激活MAPK、BMP/Smads等信号通路促进细胞粘附、增殖与成骨分化的机制，为骨缺损修复提供了非接触力学刺激的创新方案。

　　

磁化系统在骨组织工程中的创新与应用

引言

骨组织工程致力于修复临界尺寸骨缺损，这类缺损因创伤、感染或肿瘤等原因无法自行愈合。传统自体移植物和同种异体移植物存在疾病传播风险、供区并发症等局限性。当前策略聚焦四大要素：干细胞、支架、生物信号因子和外部刺激。其中，磁性颗粒（MPs）因其独特的物理化学性质，成为增强骨再生的关键工具。

磁性颗粒的特性与合成

MPs主要由氧化铁纳米颗粒构成，包括磁铁矿（Fe₃O₄）和磁赤铁矿（γ-Fe₂O₃），其磁性行为取决于尺寸和结构。当粒径低于临界值（如磁铁矿10 nm）时，呈现超顺磁性，即在外部磁场作用下强烈磁化，撤场后无剩磁，避免了聚集风险。合成方法主要包括共沉淀法、热分解法和水热法，其中共沉淀法因操作简便、易规模化而最常用。表面涂层（如聚乙二醇、壳聚糖）可增强MPs的胶体稳定性和生物相容性。

细胞磁化与生物学效应

细胞磁化主要通过内存作用实现内化MPs。MPs的尺寸、形状和表面电荷显著影响内化效率。 citrate修饰的MPs更易被间充质干细胞（MSCs）内化并定位于内体。内化后，MPs通过瞬态微磁场激活MAPK通路，上调RUNX2、BMP2等成骨关键转录因子，进而促进碱性磷酸酶（ALP）、骨钙素（OCN）和I型胶原（COL1）表达。值得注意的是，MPs还能降低细胞内H₂O₂水平，减轻氧化应激。

支架磁化与性能提升

将MPs整合入支架可显著改善其机械性能和表面特性。例如，在羟基磷灰石-壳聚糖支架中添加15 wt.% MPs，压缩强度提高50%，弹性模量增加65%。MPs还增加表面粗糙度，为细胞粘附提供更多位点。然而，过高浓度（>20 wt.%）可能导致应力集中，削弱机械完整性。制备技术涵盖冷冻干燥、静电纺丝和3D打印，其中3D打印能精确控制孔隙结构和MPs分布，实现个性化设计。

磁场刺激的协同效应

外部磁场（尤其是静态磁场SMFs）与磁化系统协同作用，可进一步增强成骨效果。15 mT SMF暴露下，磁化支架上的成骨细胞ALP活性和钙沉积显著增加，机制涉及整合素-FAK-RhoA信号轴激活和BMP/Smads通路调控。交变磁场（AMFs）则通过电磁感应产生微电流，打开电压门控钙通道，激活钙调蛋白依赖的级联反应。此外，磁场还能促进血管生成因子（如VEGF）表达，助力骨-血管耦合再生。

联合策略与智能应用

将磁化细胞与磁化支架结合，并施加磁场，可实现远程非接触力学刺激。例如，通过磁场梯度引导MSCs和内皮细胞在支架内空间排布，模拟天然骨微结构。智能磁响应水凝胶还能在磁场下发生形变（如弯曲、旋转），模拟生理力学环境，动态调控细胞行为。

挑战与展望

尽管前景广阔，MPs的长期毒性（如铁离子释放引发的ROS生成）、最佳磁场参数（强度、频率、持续时间）仍需系统评估。未来需开发标准化制备流程，探索多细胞体系（如加入免疫细胞）的相互作用，并推进大型动物实验和临床转化。磁化系统通过力学和生物学双重调控，为骨再生提供了前所未有的精准策略。