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文章名称：A Pseudo-Mytilus Edulis Foot Protein-Based Hydrogel Adhesive with Osteo-Vascular-Immune Coupling Effects for Osteoporotic Bone-Implant Integration

中文名称：一种基于“拟贻贝足蛋白”的水凝胶粘合剂：通过骨-血管-免疫耦合效应，用于骨质疏松性的骨- 植入物整合

杂志名：Advanced Materials

期刊影响因子：

第一作者：Wentao Wang

通讯作者：Jiaxiang Bo

发表日期：2025.11

https://doi.org/10.1002/adma.202511840

研究内容

概述：

在骨质疏松患者中，骨植入物初始稳定性往往很差，再加上骨-植入界面巨噬细胞偏向促炎的M1表型，使得骨-免疫稳态和血管生成受到破坏，最终导致植入物松动或失败。

受海洋贻贝（Mytilus edulis）足部蛋白粘附机制的启发，本文开发了一种 pH 响应型多功能骨胶（称为 YDC-Gel-Zn），它具有广谱粘附能力，用于改善骨质疏松条件下的骨-植入物整合。

这种仿生骨胶通过富含儿茶酚的序列实现双界面粘附：①与金属植入物形成稳定的金属-酚配位 ②与骨基质通过氢键和迈克尔加成作用相互作用，从而增强初始固定力。

在骨质疏松炎症微环境下，硼酸酯键和金属-酚配位键逐步断裂，使得Zn²⁺ 和促血管/促骨肽（YDC）可控释放。释放的 Zn²⁺ 能调节谷胱甘肽代谢，抑制JAK1/STAT1/NLRP3炎症小体的激活，减少促炎细胞因子的产生，并重新校准骨-血管-免疫微环境。

由于对骨再生和血管生成有积极影响，该骨胶在骨质疏松大鼠模型中表现的固定强度大幅提高，能达到93%的健康骨-植入稳定性。

简要

该研究开发了一种仿贻贝足蛋白的pH 响应型骨粘合水凝胶YDC-Gel-Zn，通过在炎症微环境中释放Zn²⁺ 和促骨/促血管肽来改善免疫与血管环境，从而显著增强骨质疏松条件下骨植入物的初始固定和整合。

研究背景

临床上骨质疏松会导致骨密度降低和血管生成不足，使骨植入物（如钉/螺钉/关节假体）的初期稳定性差，易松动，并伴随炎症反应。其原因包括：植入物与骨组织间稳定性不足、局部炎症微环境（M1巨噬细胞过度激活）以及缺乏有效的免疫-血管-骨多维调控策略等。应对这一问题，本文提出需要创造一种既能机械粘附又能生物功能调控炎症与促进血管/骨再生的智能生物粘合材料。该策略受海洋贻贝足部蛋白粘附机制启发，并结合生物活性分子设计了一款新型粘合水凝胶。

实验方案

1.水凝胶材料的构建与表征

以拟贻贝足蛋白结构为基础，引入富含儿茶酚基团的粘附单元，并通过可逆硼酸酯键构建动态交联网络，同时负载Zn²⁺ 与功能性生物活性肽，制备得到YDC-Gel-Zn水凝胶。通过流变学测试、力学拉伸与压缩实验，系统评估其粘附强度、力学稳定性、自修复能力及环境响应特性。

2.界面粘附与环境响应测试

测试了水凝胶在湿润环境下对钛植入物和骨组织的双界面粘附能力，验证其在模拟体内条件下的稳定性。同时，通过调节pH条件模拟骨质疏松相关的炎症微环境，评估Zn²⁺ 和活性肽的响应性释放行为。

3.体外细胞实验设计

在体外实验中，分别选用骨髓间充质干细胞、内皮细胞和巨噬细胞模型，系统评估水凝胶对成骨分化、血管生成及免疫极化的调控作用。通过检测ALP活性、矿化结节形成、内皮管腔结构以及M1/M2巨噬细胞标志物表达，解析其多通路生物效应。

4.体内动物模型验证

在体内实验部分，采用去卵巢（OVX）骨质疏松大鼠模型，将涂覆水凝胶的钛植入物植入股骨区域。通过micro-CT成像、组织学染色、免疫荧光分析及推拉力学测试，系统评估植入物周围的骨形成、血管生成、炎症状态及力学固定强度。

CAR^mRNA@aCD206 sEVs制备过程示意图

CAR^mRNA@aCD206在肺转移癌中的靶向递送及抗肿瘤机制。

实验结果

1.仿生粘附性能显著提升植入稳定性

基于拟贻贝足蛋白结构的水凝胶在湿润环境下对骨组织和钛植入物均表现出强粘附能力，可在植入早期提供稳定界面，为后续组织整合奠定基础。

2.免疫微环境得到有效调控

水凝胶通过Zn²⁺的响应性释放抑制M1型巨噬细胞极化，减轻炎症反应，改善骨质疏松条件下不利的免疫微环境。

3.促进成骨分化与新骨形成

该材料显著增强间充质干细胞的成骨分化能力，提高矿化水平和新骨生成质量。

4.增强血管生成能力，实现骨-血管耦合

水凝胶促进内皮细胞迁移和管腔形成，实现血管生成与骨再生的协同增强。

5.显著改善骨质疏松情况下的植入效果

在骨质疏松动物模型中，涂覆水凝胶的植入物固定强度提升约194%，接近健康骨水平，有效降低植入失败风险。

讨论

该设计提供了一种有望克服骨质疏松条件下植入物松动失败问题的材料策略，对未来临床骨科植入物稳定性改善具有重要参考价值。

该工作核心创新点：

✔ 仿生粘合策略：以伪贻贝足蛋白为设计灵感，实现植入物与骨组织双界面粘附

✔ 智能响应释放：在炎症环境中释放Zn²⁺与促生长肽，进行免疫-血管-骨多维调控

✔ 显著效果提升：在病理条件下（骨质疏松）显著提升植入物固定与整合效果

论文中用到的NEST产品

实验中使用到的耐思产品：GelNest基质胶

涉及实验和细胞：成血管实验

涉及实验和细胞：成血管实验，HUVECs在血管生成实验中，使用GelNest™ 基质胶作为三维培养支架。基质胶在4 ℃ 条件下缓慢解冻后，均匀铺于预冷的24孔板中，并于37 ℃ 孵育1小时使其充分凝固，形成稳定的三维基底。随后将 HUVEC 细胞接种于基质胶表面，在低血清条件下培养。培养6小时后观察并记录血管样结构的形成情况，并通过图像分析软件对血管生成相关参数进行定量分析，用于评估基质胶对内皮细胞血管生成行为的支持能力。

管形成实验及血管生成能力图以及定量评估

GelNest™基质胶的优势

NEST已推出十余款GelNest™基质胶，广泛适用于类器官培养、血管生成实验、细胞侵袭（transwell）实验、PDX、CDX模型实验、（PDO）肿瘤球培养、肿瘤移植、皮下成瘤实验、干细胞培养及细胞分化研究以及其他待开发实验类型，助力客户完成类器官培养。

GelNest™基质胶品质高于国际标准

▷由小鼠肿瘤组织中提取的基底膜成分制备而成，主要成分有层粘连蛋白、IV型胶原蛋白硫酸肝素糖蛋白等

▷富含多种生长因子促进细胞分化、增殖和迁移

▷可模拟生理环境中基底膜的特性，提高细胞培养的成功率和效果

GelNEST™基质胶内控标准清晰

常规基质胶的内毒素的含量可稳定保持在4EU以下

选购指南