Adv. Func. Mater.：新型雙金屬MOF復合水凝膠支架 - 蝦青素靶向遞送賦能骨缺損修復新突破

針對大尺寸骨缺損修復中存在的持續炎癥、血管化不足及氧化應激過高等關鍵難題，中山大學張超團隊成功研發出一種負載蝦青素的雙金屬MOF復合水凝膠支架（AST@ZnCo-MOF@GS）。該支架通過GelMA/SA雙網絡水凝膠與核殼結構雙金屬MOF的協同設計，實現了蝦青素與Zn2+/Co2+的時空可控釋放。體外實驗證實，該復合材料可有效清除活性氧、誘導巨噬細胞向M2表型極化、促進血管內皮細胞遷移和成管，并顯著增強骨髓間充質干細胞（BMSCs）的成骨分化能力，同時抑制脂肪分化和破骨細胞活性。體內大鼠臨界尺寸顱骨缺損模型驗證顯示，該支架能顯著促進新生骨形成和骨微結構成熟，8周時缺損區域實現高效骨整合。機制研究表明，蝦青素通過靶向結合內質網蛋白HSP90，激活未折疊蛋白反應的IRE1α-XBP1信號軸，上調成骨關鍵轉錄因子Osterix表達，從而驅動BMSCs定向成骨分化。該研究為大尺寸骨缺損修復提供了集免疫調節、血管再生和成骨誘導于一體的多功能平臺。

相關成果發表于《

Advanced Functional Materials

骨缺損修復是骨科臨床面臨的重大難題，尤其是高能創傷、腫瘤切除或感染性骨不連導致的大尺寸骨缺損，其修復過程常受限于惡劣的局部微環境——持續的炎癥反應、嚴重的血管供應不足和過高的氧化應激，共同誘導骨髓間充質干細胞（BMSCs）衰老和成骨功能障礙，最終導致修復失敗。傳統骨修復材料多聚焦于單一成骨誘導功能，難以同步解決炎癥調控、血管再生等多維度問題。

金屬有機框架（MOFs）作為一類具有高比表面積、可控孔徑和良好生物相容性的功能材料，在藥物遞送和組織工程領域備受關注。雙金屬MOF通過兩種生物活性金屬離子的協同作用，可同時調控免疫反應和血管生成，但單一MOF材料在逆轉衰老BMSCs功能方面存在局限。蝦青素作為一種源自雨生紅球藻的強效天然抗氧化劑，具有清除ROS、抑制細胞衰老和促進成骨分化的獨特優勢，但水溶性差、化學穩定性低的特性嚴重限制了其生物利用度。

基于此，中山大學生物醫學工程學院張超教授團隊提出將蝦青素負載于核殼結構ZnCo-MOF中，再嵌入GelMA/SA雙網絡水凝膠的復合設計策略，構建兼具免疫調節、血管再生和成骨誘導功能的多功能骨修復支架，為大尺寸骨缺損修復提供創新方案（圖1）。

圖1.負載AST@ZnCo-MOF納米顆粒的GelMA/SA水凝膠支架用于骨缺損修復的示意圖

本研究成功開發了一種集免疫調節、血管再生和成骨誘導于一體的雙金屬MOF復合水凝膠支架，通過核殼結構AST@ZnCo-MOF與GelMA/SA雙網絡水凝膠的協同作用，實現了蝦青素與生物活性金屬離子的高效遞送和可控釋放。該支架不僅能有效改善骨缺損區域的惡劣微環境，還能通過靶向激活IRE1α-XBP1信號通路逆轉BMSCs衰老，增強其成骨分化能力。體內外實驗均證實，該復合材料在大尺寸骨缺損修復中表現出優異的修復效果和良好的生物相容性，為臨床骨缺損修復提供了新的治療策略和材料選擇。未來研究將進一步優化材料的力學性能，在大動物承重骨缺損模型中驗證其修復效果，并探索多藥物聯合遞送的可能性，推動該技術向臨床轉化。

論文原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202527217

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