Bioact Mater 新冲破：MSC-Exos+ZIF-8水凝胶破解骨缺损困难，成骨免疫双调控显实效

对因严重创伤、肿瘤切除留下年夜面积骨缺损的人来讲，最愁的就是骨头迟迟长不拢。这类缺损靠身体本身没法愈合，传统的自体骨移植供体有限，异体骨又轻易激发免疫排挤，怎样平安又高效地修复，一向是骨科大夫和科研人员的心头困难。

近日，Bioact Mater登载的一项研究开辟出了一种能同时“促骨头发展”和“调免疫情况”的复合水凝胶支架，使骨缺损修复结果年夜幅晋升，恰好为这个困难给出了新谜底。

研究团队先从颠末成骨预分化的骨髓间充质干细胞（BMSCs）里，分手出有骨功能的MSC-Exos，再用一锅法合成ZIF-8纳米颗粒，最后把这两种成份一路包封到明胶甲基丙烯酰基（GelMA）水凝胶里，做出了这类MSC-Exos/ZIF-8@GelMA复合水凝胶。从材料特征来看，ZIF-8是典型的菱形十二面体布局，平均粒径约400纳米，Zn、C、N、O四种元素在内部门布平均；MSC-Exos则是球形或类卵形的小囊泡，平均粒径157.2纳米，还能检测到CD63、CD9这些外泌体独有的标记物。更要害的是，这类复合水凝胶内部是相互连通的多孔布局，孔径集中在50到60微米，既能让细胞附着发展，又能渐渐释放MSC-Exos和锌离子，并且浸泡后系统的pH不变在8.3摆布的弱碱性规模，这类情况恰好合适骨头发展分化。

图1：ZIF-8纳米颗粒的制备与MSC-Exos的分手进程

体外尝试里，这类复合水凝胶的表示很亮眼。生物相容性方面，骨髓间充质干细胞（BMSCs）在它概况能长成多边形，还会伸出藐小结缔与相邻细胞连起来，培育5天后的细胞活力比纯GelMA水凝胶组超出跨越32%。并且，不论是BMSCs、人脐静脉内皮细胞（HUVECs）仍是RAW264.7巨噬细胞，都能有用接收水凝胶释放的MSC-Exos，此中巨噬细胞的接收效力最高，差不多是BMSCs的2.1倍。在促骨发展上，它能让BMSCs的碱性磷酸酶（ALP）活性7天内晋升58%，较着增进细胞外基质矿化，还能让骨钙素（OCN）、I型胶原（Col I）这些和骨头发展相干的卵白、基因表达量年夜幅增添。别的，它的提取物还能让HUVECs迁徙速度快45%，构成的血管管腔数目多62%，为骨头再生供给足够的血液供给。

图2：水凝胶感化下BMSCs的体外成骨分化

这项研究最要害的冲破点之一，就是弄清晰了它调理免疫的机制。在摹拟炎症情况（用LPS刺激细胞）的尝试里，ZIF-8能较着削减RAW264.7细胞排泄TNF-α、IL-6这些促炎因子，还能鞭策巨噬细胞从促炎的M1型改变成抗炎的M2型，CD206阳性率能到达61.6%，同时下降细胞内活性氧（ROS）的生成。研究还初次发现，ZIF-8是经由过程按捺P100卵白在K332、K338这两个位点的泛素化，削减它分化成有活性的P52亚基，从而阻断非经典NF-κB通路的激活，从本源上节制过度炎症。而MSC-Exos里含量很高的miR-23a-3p，则能精准连系PTEN基因的3'UTR区域、按捺这个基因的表达，进而激活AKT旌旗灯号通路，终究让成骨相干的标记物表达上调，明白了外泌体促骨发展的份子靶点。

图3：ZIF-8的免疫调理份子机制

年夜鼠颅骨缺损模子的体内尝试，进一步验证了它的临床利用潜力。植入复合水凝胶8周后，缺损区域的骨体积分数（BV/TV）比纯GelMA组高47%，骨矿物资密度（BMD）增添38%，新生的骨头几近把缺损处填满了。组织学阐发还显示，缺损区域的血管密度较着升高，没有呈现年夜量纤维组织增生的环境。平安性方面也不消愁，年夜鼠血清里的锌离子浓度一向保持在18.8到19.3微摩尔每升的正常规模，谷丙转氨酶（ALT）、谷草转氨酶（AST）、血尿素氮（BUN）这些肝肾功能指标都没异常，心脏、肝脏、肾脏等首要器官也没发现病理毁伤，申明这类材料在体内用起来很平安。

图4：水凝胶的体内骨构成能力评价

总的来讲，这项研究不只是做出了一种好用的骨修复材料，更主要的是提出了“成骨和免疫协同调控”的骨组织工程设计思绪——用MSC-Exos精准调控骨头发展的通路，再用ZIF-8优化局部的免疫情况，一会儿解决了传统材料“骨头长得慢”“炎症干扰修复”这两个年夜问题。跟着骨组织工程愈来愈朝着“多功能协同”的标的目的成长，这类复合水凝胶有望成为下一代骨修复产物的焦点，帮更多骨缺损患者解脱骨头难长的困扰，更快恢复正常糊口，也为骨修复手艺从尝试室走向临床打下了好根本。（Bioon.com）

参考文献：

Si Y, Li X, Dong S, et al. Hydrogel scaffold encapsulating MSC-Exos and ZIF-8 promotes bone regeneration via coordinating osteogenesis and immunomodulation. Bioact Mater. 2025;54:329-351. Published 2025 Aug 25. doi:10.1016/j.bioactmat.2025.08.026