前驱体编码的无金属碳点重塑骨再生微环境：材料化学、多尺度机制与转化路线图

《ACS Biomaterials Science & Engineering》：Precursor-Encoded Metal-Free Carbon Dots Reshape the Bone-Regenerative Microenvironment: Materials Chemistry, Multiscale Mechanisms, and a Translational Roadmap

　　

摘要

骨缺损愈合是一个时空协调的连续过程，涉及炎症的启动与消退、氧化还原再平衡、免疫细胞状态转换、血管新生、间充质干/祖细胞的成骨分化以及成骨细胞-破骨细胞的偶联调控。尽管含金属纳米材料可通过离子释放、催化或光热效应促进再生，但其性能通常受限于局部剂量、氧化态、释放动力学及长期蓄积。无金属碳点（CDs）兼具纳米尺度界面活性、可编程表面化学、电子转移能力、固有荧光和支架兼容性，因此正从成像探针向骨修复微环境的生物活性调节剂演进。按照前体化学—碳化重构—表面状态—蛋白冠/细胞器响应—组织再生的顺序，本综述比较了以柠檬酸、抗坏血酸、氨基酸、姜黄素、青蒿素、山药、丁香、生姜以及其他天然或药食同源前体制备的碳点。我们深入探讨了语境依赖的氧化还原调控、巨噬细胞状态重塑、成骨分化与表观遗传调控、病理性破骨细胞生成的抑制、感染控制以及血管新生与成骨分化的偶联。现有证据受限于结构鉴定不明确、活性归因混杂、机制以相关性为主、简化模型外推过度以及长期安全性评估不足等局限性。临床转化需要基于分级的结构鉴定、多批次效价测定、靶蛋白捕获、细胞器追踪、基因拯救实验、空间组学，以及化学结构、局部暴露、降解/清除和再生效力的定量整合。本综述特别关注碳点表面状态如何与胶原蛋白、纤维蛋白和糖胺聚糖基质相互作用，从而调控蛋白吸附、局部滞留、基质组织和生长因子的呈现方式。我们提出了一条分两级的证据路线图，优先推进分级解析的活性归因、区室特异性氧化还原测定、制剂后结构鉴定，以及从筛选性缺损模型到承重和合并症模型的情境匹配递进。

? 2026 美国化学学会