含镁复合水凝胶支架通过调控CD4+ T细胞实现免疫调节与成骨双效协同增强骨缺损修复

针对骨缺损修复中免疫微环境调控不足的临床难题，南方医科大学团队创新性开发了镁离子(Mg2+)功能化复合材料。研究发现适宜浓度Mg2+可促进CD4+ T细胞向Th1/Treg亚型极化，构建促炎-抗炎协同的免疫微环境，并通过纳米氧化镁掺杂聚己内酯支架(Mg-PCL)和T细胞激活剂交联海藻酸镁水凝胶(T-Mg-Gel)实现可控释放，在动物模型中显著提升膜性成骨效率。该研究为开发兼具免疫调节与成骨功能的智能骨修复材料提供了新策略。

　　

骨缺损修复一直是临床面临的重大挑战，传统治疗方法如自体骨移植存在供体来源有限、免疫排斥等问题。尽管骨组织具有显著再生能力，但不当的治疗策略常导致延迟愈合或不愈合。近年来，镁(Mg)基材料因其优异的成骨潜力、血管生成能力和生物降解性备受关注，但其作用机制特别是对免疫系统的影响尚不明确。更关键的是，传统研究多聚焦巨噬细胞在骨免疫微环境中的作用，而作为"免疫指挥家"的CD4⁺ T细胞的调控机制仍知之甚少。

为破解这一科学难题，南方医科大学附属南方医院骨科与创伤科的Shubo Liu、Qinghua Chen等团队在《Journal of Magnesium and Alloys》发表重要研究。他们发现镁离子(Mg²⁺)能显著增强CD4⁺ T细胞活化和增殖，促进其向Th1和Treg亚型极化，从而建立促炎和抗炎协同的免疫微环境。更令人振奋的是，CD4⁺ T细胞分泌的细胞因子可与Mg²⁺协同增强骨髓间充质干细胞(MSCs)的碱性磷酸酶(ALP)活性和钙沉积，同时缓解高浓度Mg²⁺对成骨的抑制作用。基于此，团队设计出两种创新材料：纳米氧化镁掺杂聚己内酯支架(Mg-PCL)和T细胞激活剂交联海藻酸镁水凝胶(T-Mg-Gel)，通过精确控制Mg²⁺释放，在动物模型中分别实现持续性膜内成骨和早期炎症抑制-长期骨再生的双重效果。

研究采用多项关键技术：通过磁珠分选(MACS)分离小鼠CD4⁺ T细胞并进行体外极化实验；利用流式细胞术分析Th1/Th2/Th17/Treg亚群比例；采用ALP染色和茜素红(ARS)染色评估成骨分化；构建SD大鼠股骨髁和颅骨缺损模型；通过micro-CT定量骨密度(BMD)和骨体积(BV)等参数；结合H&E和番红固绿染色进行组织学分析。

研究结果揭示多个重要发现：在"镁离子促进CD4⁺ T细胞活化"部分，2.5-5.0 mM Mg²⁺显著提升细胞活力，7.5 mM组在第3天增殖最显著，而20 mM组则显示抑制作用，证实镁离子对CD4⁺ T细胞具有剂量依赖性双效调节。"低剂量镁离子促进Th1/Treg亚型极化"部分显示，7.5 mM Mg²⁺使Th1和Treg比例显著增加，但高浓度(20 mM)虽提升单细胞因子产量却未增加亚群比例。"镁离子与T细胞条件培养基协同促矿化"实验证实，2.5-7.5 mM Mg²⁺联合条件培养基(T-CM)可显著增强ALP活性和钙沉积，并缓解高镁抑制效应。材料表征显示1%Mg-PCL和T-0.25%Mg-Gel具有最优镁离子释放曲线和生物相容性。动物实验中，1%Mg-PCL在颅骨缺损展现更佳膜内成骨效果，而T-0.25%Mg-Gel通过早期抑制IL-6/TNF-α炎症和长期促进OCN/OPN表达实现高效骨再生。

这项研究首次系统阐明了Mg²⁺通过调控CD4⁺ T细胞极化重塑骨免疫微环境的作用机制，突破传统骨修复材料单一成骨功能的局限。所开发的Mg-PCL和T-Mg-Gel复合材料分别适用于膜内成骨和复杂骨缺损修复场景，为临床提供"免疫-成骨双功能"智能材料新选择。研究不仅拓展骨免疫学理论边界，更开创性地将T细胞免疫调控与生物材料设计相结合，为组织工程领域提供全新研究范式。未来需进一步探索T细胞亚群特异性信号通路，优化材料降解动力学与骨修复时相的匹配性，推动临床转化应用。