仿生多孔核壳微球时空递送系统通过NF-κB/P-STAT6和Rho/MAPK信号通路协调免疫-成骨耦合促进颅骨再生

针对临界尺寸颅骨缺损中免疫调节-成骨耦合失调和生长因子释放失控的临床难题，滨州医学院团队开发了GCI@HPPS仿生多孔核壳微球系统。该系统通过羟基磷灰石(HA)壳层、表面固定SDF-1α和核心包裹IGF-1的时空程序化释放，实现免疫微环境调控与成骨促进，在8周内完成大鼠颅骨缺损修复。该研究为复杂颅骨重建提供了新型时空递送策略，发表于《Bioactive Materials》。

　　

临界尺寸颅骨缺损因创伤、肿瘤或手术干预导致，其修复面临巨大临床挑战。这类缺损会形成失调的骨免疫微环境，表现为持续炎症（M1巨噬细胞主导）、ROS驱动的酸中毒和氧化应激，导致间充质干细胞(MSCs)耗竭和生长因子不足。同时，基质细胞衍生因子-1α(SDF-1α)介导的趋化作用和血管生成-成骨耦合的破坏会损害基质矿化和Runx2/OSX驱动的分化，最终导致骨不连。当前临床策略主要依赖自体移植、同种异体移植和人工骨移植，但存在骨再生不完全、供体部位发病率和二次创伤等问题。

为解决这一难题，滨州医学院的研究人员开发了一种仿生多孔核壳微球系统(GCI@HPPS)。该系统整合了羟基磷灰石(HA)负载的外壳、表面固定的SDF-1α和核心包裹的胰岛素样生长因子-1(IGF-1)，通过时空程序化释放协调免疫调节和成骨促进。研究成果发表在《Bioactive Materials》上，为复杂颅骨重建提供了创新解决方案。

研究人员采用高压静电(HVE)技术和溶剂浇铸/颗粒浸出(SC/PL)方法制备微球，通过光引发自由基交联聚合实现GelMA/Ac-β-CD双共价/主客体交联。关键实验技术包括：微球形态和力学性能表征、体外降解实验、抗氧化和抗菌活性评估、体外细胞实验（包括巨噬细胞极化和骨髓间充质干细胞(BMSCs)迁移、增殖和分化）、大鼠颅骨缺损模型建立和评估，以及蛋白质组学分析和分子对接模拟。

研究结果显示：

1. 微球制备与表征：成功制备具有核壳结构的GC@HPP微球，平均直径320.5±24.9μm，压缩强度0.46±0.02MPa。GC@HPPD（聚多巴胺PDA功能化）微球表现出优异的抗氧化能力（ABTS•+清除率>97%）、抗菌效果（>99.8%）和止血性能（凝血指数BCI=3.48±0.12）。

2. 体外免疫调节：GC@HPPD显著降低细胞内ROS水平（仅18.1±3.4% DCF+细胞），促进M2巨噬细胞极化（CD206+细胞比例增加），同时抑制M1表型（CD86+细胞比例减少）和促炎因子IL-6分泌，提高抗炎因子IL-10水平。

3. 细胞招募与成骨分化：GCI@HPPS（含SDF-1α/IGF-1）显著增强BMSCs迁移（24小时迁移率14.61±0.76%）和增殖（第3天活力202.43±33.50%）。ALP活性和钙沉积分析显示，GCI@HPPS组ALP活性提高2.46倍，钙含量增加24.69倍。

4. 体内骨再生：在大鼠颅骨缺损模型中，GCI@HPPS组8周时实现96.59±1.72%的缺损闭合，显著优于空白组（12%）。组织学分析显示新生骨组织成熟，伴有丰富的血管生成。

5. 分子机制：蛋白质组学揭示GC@HPPD通过四重机制发挥抗炎作用：抑制NF-κB/P-JNK信号通路、下调促炎细胞因子、调节线粒体氧化磷酸化和STAT6驱动的M2极化。分子对接显示PDA组分与炎症相关蛋白（IL-1α/β、NF-κB2等）具有高结合亲和力。

这项研究创新性地提出了一种时空递送范式，通过多孔核壳微球协调炎症调节、干细胞招募、成骨分化和矿化阶段。材料上，GelMA/Ac-β-CD双交联增强了机械性能，PDA功能化赋予多效性；结构上，分层架构实现HA降解依赖的矿化、SDF-1α介导的BMSCs趋化和持续IGF-1释放；功能上，通过NF-κB/P-STAT6和Rho/MAPK信号通路平衡骨重塑，促进血管生成-成骨耦合。该工作为复杂颅骨重建提供了有前景的策略，具有重要临床转化价值。

临床转化仍面临挑战：HVE-SC/PL技术规模化生产的批次一致性、生物活性因子（SDF-1α/IGF-1）装载精度控制、长期生物相容性评估（GelMA/Ac-β-CD降解产物）等。未来研究可通过基因敲除模型、通路特异性抑制剂干预和单细胞测序进一步阐明关键分子的直接调控功能和跨通路协同机制。