综述：多尺度仿生融合阿仑膦酸钠铈离子水凝胶支架促进骨质疏松性骨缺损修复

　　推荐：本研究创新性构建TCP-H-ACNP（3D打印磷酸三钙-胶原甲基丙烯酰胺-阿仑膦酸钠铈离子纳米颗粒）多尺度支架，通过激活Wnt/β-catenin通路直接促进BMSCs（骨髓间充质干细胞）成骨分化，并通过调控Ca2+转运改善线粒体功能。该支架兼具机械支撑与生物活性，显著提升骨质疏松性骨缺损区域的血管化与骨再生能力。

　　

骨质疏松性骨缺损的治疗困境与突破

骨质疏松性骨缺损的治疗面临微环境失衡、血管化不足和炎症反应等多重挑战。传统治疗方法如自体骨移植存在供体限制，而单纯药物干预难以实现局部持续作用。本研究通过多学科交叉策略，开发出具有层级结构的仿生支架系统，为这一临床难题提供创新解决方案。

材料设计与性能验证

研究团队设计了三尺度融合支架：毫米级3D打印TCP（磷酸三钙）提供6-8MPa机械强度；微米级COMA（胶原-甲基丙烯酰胺）水凝胶模拟细胞外基质；纳米级ACNP（阿仑膦酸钠铈离子颗粒）发挥生物活性。TEM显示ACNP粒径2.5-4.5nm，Zeta电位57mV，体外实验证实20μg/mL为最佳工作浓度。该支架在生理环境下呈现稳定流变特性，Ca²⁺/PO₄^3-沉积量较纯TCP提升3.5倍和5倍。

分子机制解析

转录组测序揭示支架通过双重机制发挥作用：

1. 1.

   直接激活Wnt通路：显著上调Wnt4/5a/10b表达，促进RUNX2和COL1A1合成

2. 2.

   改善能量代谢：通过Adcyap1r1/Atp2a3调控Ca²⁺内流，增强线粒体功能（Fis-1↑67%，Pgc-1α↑82%），降低ROS水平45%

   抑制剂实验证实阻断Wnt通路后，ALP活性和矿化结节形成分别下降58%和63%。

体内外功能验证

细胞实验显示：

• 成骨分化：ALP活性提升97%，矿化结节增加78%

• 血管生成：HUVEC管腔形成数增加1.54倍

动物实验中，OVX大鼠骨缺损模型4周时：

• Micro-CT显示BV/TV提升2.3倍

• 免疫组化证实COL I和VEGF表达量分别增加210%和175%

安全性评估显示治疗剂量Ce离子未引起心肝脾肺肾毒性。

临床转化前景

相比传统β-TCP材料，该支架具有三大优势：

1. 1.

   时序释放特性：Ce离子2周达释放平台期，早期促血管后期抗吸收

2. 2.

   结构仿生性：孔径200-400μm促进细胞浸润

3. 3.

   制备可扩展性：3D打印实现个体化定制

   未来需在大型动物模型验证其承重性能，并优化生产成本。该研究为开发"智能型"骨修复材料提供了新范式。