复合水凝胶与可降解镁合金整合的软硬杂化支架促进骨软骨再生

　　为解决骨软骨损伤修复中软骨与软骨下骨整合不佳的难题，研究人员开发了一种集成复合水凝胶（含KGN和BMSCs）与可降解镁合金（WE43）的软硬杂化支架。该支架通过仿生设计分别模拟软骨的力学性能和骨的支撑功能，显著提升界面稳定性和再生效果，为骨软骨一体化修复提供了新材料策略。

　　

骨软骨损伤是临床常见的棘手问题，由于关节软骨无血管、无神经的特性，其自我修复能力极差。传统治疗方法如微骨折术或软骨移植往往难以实现软骨与软骨下骨的同步再生，且界面整合不佳易导致修复失败。更令人担忧的是，随着人口老龄化和运动损伤增加，全球骨软骨损伤患者已超数亿。现有组织工程支架多采用单一材料，无法同时满足软骨（柔软、高含水）和骨（坚硬、高刚性）的差异化需求，尤其缺乏对钙化软骨过渡层的有效重建。

针对这一挑战，中国某高校的研究团队创新性地提出了一种软硬杂化支架设计，通过整合复合水凝胶与可降解镁合金，实现了骨软骨的全层再生。该研究发表于《Biomaterials》，其核心突破在于：上层采用含软骨诱导因子KGN和骨髓间充质干细胞（BMSCs）的混合水凝胶（HAMA/CSMA/GelMA），模拟天然透明软骨的力学性能和生物学功能；下层则利用激光粉末床熔融（LPBF）技术制备的三周期极小曲面（TPMS）结构镁合金（WE43）支架，其孔隙率和力学强度与松质骨匹配，并通过高温度氧化（HTO）技术调控降解速率。关键创新点在于水凝胶通过压缩嵌入镁支架孔隙的界面设计，解决了传统层叠式支架的剪切应力问题，显著提升了钙化软骨层的重建效果。

关键技术方法
研究团队采用激光粉末床熔融（LPBF）制造具有三周期极小曲面（TPMS）结构的WE43镁合金支架，并通过高温度氧化（HTO）形成稀土氧化物保护层调控降解；复合水凝胶由透明质酸甲基丙烯酸酯（HAMA）、硫酸软骨素甲基丙烯酸酯（CSMA）和明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）光交联制备，负载KGN和BMSCs；通过压缩成型实现水凝胶与镁支架的机械互锁界面；动物实验采用兔股骨髁骨软骨缺损模型验证修复效果。

Mg scaffolds with customized structure and tailored degradation
通过LPBF制备的WE43镁支架经HTO处理后，表面形成致密稀土氧化物层，降解速率降低至0.08 mm/年，满足骨修复的力学支撑周期需求。TPMS设计的500 μm孔径结构促进血管长入和成骨细胞迁移，体外实验显示支架压缩强度（35-40 MPa）与松质骨匹配。

Conclusion
该杂化支架在动物实验中同步促进软骨（COL II和蛋白聚糖表达上调）和软骨下骨（骨钙素和血管生成因子增加）再生，界面区域可见典型的钙化软骨层结构。基因分析证实KGN通过激活BMP/Smad通路诱导BMSCs向软骨分化，而镁离子通过HIF-1α/VEGF通路促进血管化和成骨。

重要意义
该研究首次实现通过材料-结构-功能一体化策略修复骨软骨缺损，其软硬界面互锁设计为复杂组织工程提供了新思路。WE43镁支架的定制化降解行为解决了传统镁合金临床应用中的过早失效问题，而复合水凝胶的生物学活性设计突破了单纯支架的被动支持局限。这一成果为开发下一代仿生梯度材料奠定了技术基础，具有显著的临床转化潜力。