多尺度仿生融合阿仑膦酸钠铈离子水凝胶支架通过Wnt/钙离子通路促进骨质疏松性骨缺损修复

　　针对骨质疏松性骨缺损修复中骨吸收大于骨形成、血管生成不足等难题，研究团队开发了TCP-H-ACNP多尺度仿生支架，整合3D打印TCP支架、COMA水凝胶和ACNP纳米颗粒。该支架通过激活Wnt通路和改善线粒体功能，显著促进BMSCs成骨分化和HUVECs血管生成，在骨质疏松大鼠模型中实现骨缺损高效修复，为临床治疗提供了新策略。

　　

骨质疏松引发的骨缺损修复是骨科领域长期存在的临床难题。随着人口老龄化加剧，骨质疏松性骨折发病率逐年攀升，这类患者不仅面临常规骨缺损修复的挑战，更受到局部"骨质疏松微环境"的制约——骨吸收大于骨形成、血管化不足以及过度炎症反应形成恶性循环。传统治疗手段如双膦酸盐药物虽能抑制破骨细胞，却无法直接促进成骨和血管生成；而现有骨移植材料又缺乏对微环境的调控能力。如何构建兼具力学支撑和生物活性的多功能支架，成为突破治疗瓶颈的关键。

针对这一挑战，苏州大学附属第一医院骨科团队在《Journal of Orthopaedic Translation》发表创新研究。研究人员采用多尺度仿生策略，将3D打印的磷酸三钙(TCP)支架、胶原-甲基丙烯酸酯(COMA)水凝胶与新型阿仑膦酸钠铈离子纳米颗粒(ACNP)有机融合，开发出TCP-H-ACNP复合支架。关键技术包括：通过涡旋振荡法制备ACNP纳米颗粒；光交联构建COMA水凝胶；micro-CT评估骨质疏松大鼠模型骨再生效果；转录组测序分析成骨分化机制。

3.1节通过透射电镜(TEM)和zeta电位测试证实，ACNP粒径集中在2.5-4.5 nm且稳定性优异(57 mV)。体外实验显示20 μg/mL ACNP可使骨质疏松BMSCs的碱性磷酸酶(ALP)活性和钙结节形成分别提升97%和78%，显著优于单一铈离子或阿仑膦酸钠组。

3.3节揭示ACNP的促血管机制：在体外划痕实验中，ACNP处理24小时使HUVECs迁移率提高50%；血管形成实验显示其能显著增加血管网密度和分支点数量，这种作用主要源自铈离子组分。

3.5节展示支架的仿生设计：3D打印TCP提供8.68 MPa的压缩强度(满足松质骨要求)，COMA水凝胶形成细胞友好微环境，而ACNP持续释放铈离子(2周达稳定)。该结构使钙磷沉积量提升3-5倍。

3.7节通过转录组分析发现，TCP-H-ACNP通过双重机制发挥作用：一方面上调Wnt4/5a/10b激活经典Wnt通路，直接促进RUNX2等成骨转录因子表达；另一方面通过增强Adcyap1r1、Atp2a3等钙转运蛋白表达，改善线粒体功能(Fis-1、Pgc-1α上调)，间接提升细胞抗氧化能力(Nrf-2、SOD-2升高)。

3.8节的动物实验证实，植入8周后TCP-H-ACNP组骨密度(BMD)和骨体积分数(BV/TV)显著优于对照组，免疫组化显示COL I和VEGF表达增强，实现"成骨-成血管"协同促进。

该研究的突破性在于：首次将铈离子的抗氧化/促血管特性与阿仑膦酸钠的抗骨质疏松作用通过纳米工程整合，并创新性地构建"毫米-微米-纳米"三级仿生结构。支架不仅满足力学需求，更通过时空精准调控Wnt/钙离子双通路重塑骨质疏松微环境。相较于传统材料，该设计使骨再生效率提升78%，血管生成增加1倍，为开发下一代"智能化"骨修复材料提供了范式。未来通过大型动物实验验证力学性能、优化生产工艺后，这种多功能支架有望成为骨质疏松性骨缺损的临床转化解决方案。