北京化工大學研究論文登上Cell頭條：實現骨再生的時空調控

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、北京大學和哈佛大學醫學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，發表于 Cell 新子刊Cell Press Blue，北京化工大學薛佳佳教授、哈佛大學醫學院陶偉教授、北京大學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 定向纖維支架相結合，實現了骨再生的時空調控。

骨骼具有內在的再生能力，但在許多臨床情況下，成功愈合仍難以實現，這是因為修復過程中需要復雜且精準的協調。

骨再生通過相互重疊的階段進行，首先啟動免疫激活，接著是內源性干細胞/祖細胞的募集、增殖和分化，最終形成細胞外基質（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微環境中進行空間和時間上的協調調控，這給再生生物材料的設計帶來了關鍵挑戰。

雖然及時的免疫調控對于建立促進再生的微環境至關重要，但后續階段則需要能夠主動招募修復細胞并引導其向成骨細胞分化的支架。為了滿足這些特定階段的需求，人們開發了多種策略，包括免疫調控添加劑、拓撲信號以及生長因子遞送系統。然而，這些方法中的大多數針對的是孤立的階段，并依賴于復雜的多組分系統，這限制了其臨床應用性。

骨再生需要免疫調控、干細胞募集、血管生成和成骨作用的時空協調，但大多數支架缺乏跨愈合階段的序貫調控能力。

在這項新研究中，研究團隊開發了一種近紅外光（NIR）響應的治療平臺，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合，該支架通過單軸取向的聚己內酯（PCL）/黑磷納米纖維膜的氣體發泡來制造，從而形成徑向取向的 3D 結構，并在纖維表面修飾了靶向骨髓間充質干細胞（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，并激活熱休克反應程序，從而促進巨噬細胞極化、內源性間充質干細胞歸巢、新生血管形成以及成骨分化。代謝組學分析揭示了熱休克蛋白相關信號通路與脂質代謝的協同調控作用。

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胞或生長因子的情況下實現了顯著的骨再生。

該研究的亮點：

• 近紅外光激活的 3D 支架實現時空序貫性的骨再生；

• 多種信號協同調控免疫反應、血管生成、間充質干細胞歸巢和骨生成；

• 顱骨在體修復效果顯著，支持臨床可轉化策略。

總的來說，該平臺結構簡單、可調且形狀可定制，為骨及其他組織再生領域的時空微環境編程提供了一個具備臨床轉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