北京化工大學(xué)研究論文登上Cell頭條：實現(xiàn)骨再生的時空調(diào)控

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

近日，北京化工大學(xué)、北京大學(xué)和哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院合作的一項新研究登上了Cell Press頭條。

該研究以：Harnessing exogenous stimuli and functionally 3D aligned fibrous scaffolds for spatiotemporal modulation of bone regeneration 為題，發(fā)表于 Cell 新子刊Cell Press Blue，北京化工大學(xué)薛佳佳教授、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院陶偉教授、北京大學(xué)敖英芳教授為論文共同通訊作者。該研究將近紅外光照射與功能性 3D 定向纖維支架相結(jié)合，實現(xiàn)了骨再生的時空調(diào)控。

骨骼具有內(nèi)在的再生能力，但在許多臨床情況下，成功愈合仍難以實現(xiàn)，這是因為修復(fù)過程中需要復(fù)雜且精準(zhǔn)的協(xié)調(diào)。

骨再生通過相互重疊的階段進(jìn)行，首先啟動免疫激活，接著是內(nèi)源性干細(xì)胞/祖細(xì)胞的募集、增殖和分化，最終形成細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）沉積和生物礦化。這些在時間上截然不同的事件需要在動態(tài)微環(huán)境中進(jìn)行空間和時間上的協(xié)調(diào)調(diào)控，這給再生生物材料的設(shè)計帶來了關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

雖然及時的免疫調(diào)控對于建立促進(jìn)再生的微環(huán)境至關(guān)重要，但后續(xù)階段則需要能夠主動招募修復(fù)細(xì)胞并引導(dǎo)其向成骨細(xì)胞分化的支架。為了滿足這些特定階段的需求，人們開發(fā)了多種策略，包括免疫調(diào)控添加劑、拓?fù)湫盘栆约吧L因子遞送系統(tǒng)。然而，這些方法中的大多數(shù)針對的是孤立的階段，并依賴于復(fù)雜的多組分系統(tǒng)，這限制了其臨床應(yīng)用性。

骨再生需要免疫調(diào)控、干細(xì)胞募集、血管生成和成骨作用的時空協(xié)調(diào)，但大多數(shù)支架缺乏跨愈合階段的序貫調(diào)控能力。

在這項新研究中，研究團(tuán)隊開發(fā)了一種近紅外光（NIR）響應(yīng)的治療平臺，該平臺將臨床可用的近紅外光照射與工程化的三維放射狀排列納米纖維支架相結(jié)合，該支架通過單軸取向的聚己內(nèi)酯（PCL）/黑磷納米纖維膜的氣體發(fā)泡來制造，從而形成徑向取向的 3D 結(jié)構(gòu)，并在纖維表面修飾了靶向骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSC）的核酸適配體（Apt19S）。

在近紅外光的輕度熱刺激下，可加速黑磷的降解，釋放磷酸根離子，并激活熱休克反應(yīng)程序，從而促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化、內(nèi)源性間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢、新生血管形成以及成骨分化。代謝組學(xué)分析揭示了熱休克蛋白相關(guān)信號通路與脂質(zhì)代謝的協(xié)同調(diào)控作用。

在大鼠臨界尺寸顱骨缺損模型中，該平臺在不依賴外源性細(xì)胞或生長因子的情況下實現(xiàn)了顯著的骨再生。

該研究的亮點：

• 近紅外光激活的 3D 支架實現(xiàn)時空序貫性的骨再生；

• 多種信號協(xié)同調(diào)控免疫反應(yīng)、血管生成、間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢和骨生成；

• 顱骨在體修復(fù)效果顯著，支持臨床可轉(zhuǎn)化策略。

總的來說，該平臺結(jié)構(gòu)簡單、可調(diào)且形狀可定制，為骨及其他組織再生領(lǐng)域的時空微環(huán)境編程提供了一個具備臨床轉(zhuǎn)化潛力的模塊化框架。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-press-blue/fulltext/S3051-3839(26)00004-6