具有分阶段免疫调节与促合成功能的仿生分层支架指导骨软骨缺损修复

帮助磨损关节自我修复

膝关节的磨损是人们出现疼痛、僵硬和关节炎的主要原因之一。一旦缓冲骨骼的光滑软骨受损，它很难自行再生，且下方的骨组织也可能退化。本研究提出了一种新型的双层植入物，旨在同时引导机体修复软骨与骨组织，并抑制关节内有害的炎症反应。

用于损伤膝关节的双层补片

软骨与其下方骨组织构成一对紧密相连但性质截然不同的组织：一者光滑且有弹性，另一者坚硬并承受载荷。传统植入物常常失败，因为它们无法同时模仿这两种特性。研究人员构建了一种“二相”或双层支架来模拟这种天然结构。上层为柔软、富含水分的凝胶，类似软骨；下层为坚固、多孔的玻璃样材料，更像骨组织。这两层在界面处温和交织，形成渐变过渡而非尖锐边界，有助于构件在行走与活动中保持完整。

引导修复的智能软骨层

上层仿软骨层不仅是被动填充物。它是一种基于修饰透明质酸的水凝胶——透明质酸是常见于眼药水和美容填充剂的分子——其中分散了微小的工程化颗粒。这些颗粒由多孔金属有机框架构成，并包覆了一层受贻贝粘附机制启发的薄壳。它们缓慢释放一种称为IGF-1的生长因子，促进机体自身的干细胞迁入损伤处、增殖并向软骨细胞分化。同时，包覆层还能促使局部免疫细胞（称为巨噬细胞）从具破坏性的激进表型转向有助修复的支持性表型，营造更有利于再生的微环境。

构建强度的骨支撑层

下层为三维生物玻璃结构，其孔隙允许新组织与血管向内生长。为进一步提升性能，作者在其中掺入少量纳米粘土。随着该层逐步降解，它释放出硅、锂和镁等有利于促骨形成的离子，鼓励干细胞获得成骨表型。对大鼠骨髓干细胞的测试显示，该层提取物促进了成骨的早期和晚期标志物并增加了矿化沉积，表明该支架能够积极诱导机体在修复软骨下重建坚固的支撑性骨组织。

调控炎症以保护新生组织

炎症是关节修复的主要障碍：清理损伤的信号同时也可能破坏软骨并干扰干细胞。团队证明，他们的包覆纳米颗粒能够将巨噬细胞推动至镇静的“M2样”行为，降低与疼痛和组织分解相关的分子，同时提升与伤口愈合相关的因子。值得注意的是，这些免疫细胞被激发产生一种强烈的有利于软骨的信号TGF-β3，结合释放的IGF-1，共同强力促进关键软骨基质的形成。在体外实验中，暴露于完整水凝胶体系的干细胞上调了与软骨生成相关的基因，并下调了推动软骨侵蚀的基因。

将该策略引入活体关节

为在活体系统中检验该方法，研究者将双层支架植入小鼠精确钻凿的膝关节缺损中。十周观察中，影像学与组织染色显示，接受完整体系处理的缺损处形成了光滑、类软骨表面，富含赋予软骨弹性的分子，并伴有良好形成的下方骨组织。该组合支架甚至优于载有两种强效实验室生长因子的对照植入物，提示精心协调机体自身的免疫与干细胞反应，可能比单纯增加外源信号更为有效。

对酸痛关节的潜在意义

通俗来说，这项工作勾画出一种智能分层“补片”，既在机械上支持关节，又教导周围细胞如何正确重建关节。通过将有益蛋白的可控释放与对免疫系统的温和引导相结合，该支架促使机体以协调的方式同时再生软骨与骨组织。尽管仍需在更大动物与更长时间尺度上开展更多研究，该策略指向未来可能修复早期关节损伤并在一定程度上延缓或减少人工关节置换需求的治疗方向。

引用: Yu, H., Wang, W., Wang, H. et al. Immunomodulatory and anabolic biphasic scaffold with hierarchical biomimetic structure directed osteochondral defect repair. npj Regen Med 11, 17 (2026). https://doi.org/10.1038/s41536-026-00463-0

关键词: 骨软骨修复, 软骨再生, 骨支架, 免疫调节, 生长因子递送