《Materials Today Bio》：Synergistic osteogenesis, angiogenesis, and immune reprogramming by a metal-phenolic functionalized electrospun fibrous membrane for alveolar bone regeneration
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为解决现有GBR膜机械性能、降解速率及成骨诱导活性不足的难题，研究人员开展了一项关于负载姜黄素-锶纳米颗粒（Cur-Sr NPs）的丝素蛋白/聚己内酯静电纺丝膜（Cur-Sr/SF/PCL EFM）的研究。结果表明，该多功能膜具备优越的机械性能、可控降解及有效屏障功能，并能协同释放姜黄素与Sr2+，通过促进成骨分化、增强血管生成及调控免疫微环境，有效促进牙槽骨再生，为骨缺损修复提供了一种有前景的新策略。
当我们的牙齿因严重的牙周病、外伤或长期缺失而失去支撑时，其下方的牙槽骨往往会随之发生缺损。这不仅影响面部美观和咀嚼功能，更会阻碍后续种植牙等修复治疗的成功实施。临床上，医生常采用引导骨再生（GBR）技术来修复这些骨缺损，其核心是在骨缺损处放置一张屏障膜，用以阻挡生长迅速的牙龈软组织“抢占”地盘，为骨细胞的生长和修复创造一个受保护的专属空间。然而，目前临床上广泛使用的GBR膜（例如金标准的Bio-Gide?胶原膜）存在一些明显的局限：在湿润的口腔环境中降解过快、机械强度不足易塌陷，更重要的是，它们主要扮演着被动的物理屏障角色，自身缺乏主动促进新骨形成的“生物活性”。因此，开发一种兼具合适机械性能、可控降解速率，并能够主动引导和加速骨再生的新型GBR膜，成为口腔再生医学领域迫切的需求。
为了应对这一挑战，上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔外科的研究团队在《Materials Today Bio》期刊上发表了一项创新性研究。他们巧妙地利用天然多酚化合物姜黄素能与金属离子配位的特性，将其与具有明确促骨、促血管作用的锶离子（Sr2+）结合，制备了姜黄素-锶纳米颗粒（Cur-Sr NPs）。随后，他们通过静电纺丝技术，将这些纳米颗粒负载到由丝素蛋白（SF）和聚己内酯（PCL）混合制成的纳米纤维膜中，成功构建了一种名为Cur-Sr/SF/PCL的多功能静电纺丝纤维膜（EFM）。
为了验证这款新型“智能”膜的效能，研究人员综合运用了材料表征、细胞实验、分子机制探索和动物模型验证等多种技术手段。在材料制备与表征方面，他们采用了静电纺丝技术制备纤维膜，并通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）等手段对纳米颗粒和纤维膜的形貌、化学结构、元素分布等进行全面分析。同时，通过接触角测量、降解实验、药物释放实验和万能材料试验机测试，系统评估了膜的亲疏水性、体外降解行为、药物（姜黄素/Sr2+）缓释性能以及力学性能（如拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量）。在生物学功能评估中，研究使用了来自大鼠的口面间充质干细胞（OMSCs）、人牙龈成纤维细胞（HGFs）、人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和小鼠单核巨噬细胞（RAW264.7）等多种细胞系。通过CCK-8细胞增殖实验、活/死细胞染色、细胞骨架染色评估生物相容性；通过Transwell小室迁移实验、划痕实验评估细胞招募能力；通过碱性磷酸酶（ALP）染色、茜素红S（ARS）染色、实时荧光定量PCR（RT-qPCR）、免疫荧光染色和蛋白质印迹法（Western blot）评估成骨分化能力；通过体外血管形成实验评估促血管生成能力；并通过RT-qPCR和免疫荧光染色检测巨噬细胞M1/M2表型相关标志物，评估免疫调控能力。在机制探索层面，研究人员对培养在膜上的OMSCs进行了RNA测序（RNA-seq），并结合生物信息学分析（如KEGG通路富集分析、基因集富集分析GSEA）和Western blot验证，深入探究了其促骨生成的分子信号通路。最终，研究在大鼠牙槽骨缺损模型中进行了体内验证。他们通过外科手术在雄性SD大鼠的上颌第一磨牙腭侧制造标准骨缺损，并植入不同的膜材料。8周后，通过微型计算机断层扫描（micro-CT）进行三维重建和骨形态计量学分析（测量骨缺损的牙骨质牙釉质界至牙槽嵴顶距离CEJ-ABC、骨体积分数BV/TV），并结合组织学染色（苏木精-伊红H&E染色、马松三色Masson’s trichrome染色）和免疫荧光染色，综合评价新骨生成、血管化及局部免疫微环境的变化情况。
3.1. Cur-Sr NPs的合成与表征
研究人员成功合成了平均直径约12纳米的球形Cur-Sr NPs。光谱分析证实，Sr2+与姜黄素分子的酚羟基发生了配位，形成了金属-酚醛网络。该纳米颗粒具有良好的胶体稳定性，为实现药物的可控缓释、提高生物利用度奠定了基础。
3.2. EFMs的合成与表征
制备出的Cur-Sr/SF/PCL EFM具有良好的可折叠性、形状适应性和可缝合性，能满足临床操作需求。扫描电镜显示纤维直径均匀（约250-350纳米），无串珠结构。与临床金标准Bio-Gide?膜相比，该膜展现出显著增强的机械强度（极限拉伸强度~13.92 MPa）和更匹配骨再生周期的降解速率（8周降解<8%）。药物释放曲线表明，Cur-Sr NPs的加入使姜黄素实现了更持续、更平缓的释放。
3.3. EFMs的生物相容性与屏障功能
CCK-8实验、活/死染色及细胞骨架染色结果表明，Cur-Sr/SF/PCL EFM对OMSCs、HGFs、HUVECs和巨噬细胞均表现出良好的生物相容性，并能显著促进细胞增殖。通过共聚焦显微镜三维重建观察HGFs在膜中的渗透情况，证实该膜能有效阻挡软组织细胞向深层浸润，发挥了理想的物理屏障功能。
3.4. EFMs的体外成骨诱导能力
系列实验证明，Cur-Sr/SF/PCL EFM具有最强的促骨生成能力。与单纯的SF/PCL膜或负载游离姜黄素的膜相比，该膜能显著增强OMSCs的碱性磷酸酶活性、促进更多钙结节形成，并大幅上调成骨相关基因（如RUNX2、OPN、OCN、BMP2）和蛋白的表达。Transwell实验还表明，该膜能有效招募OMSCs向缺损区域迁移。
3.5. EFMs的体外血管生成功能
研究从两个层面证实了该膜的促血管生成能力。一方面，它能刺激OMSCs分泌更多的血管内皮生长因子（VEGF）等促血管生成因子；另一方面，它能直接促进HUVECs的增殖、迁移、成管相关基因表达及体外血管网络的形成。划痕实验和Transwell实验均显示，Cur-Sr/SF/PCL EFM对HUVECs具有最强的招募和迁移诱导作用。
3.6. EFMs的体外免疫重编程效应
在脂多糖（LPS）诱导的炎症环境下，Cur-Sr/SF/PCL EFM展现出卓越的免疫调节能力。与对照组相比，该膜能显著下调巨噬细胞M1型标志物（iNOS、TNF-α、IL-6）的表达，同时上调M2型标志物（TGF-β、ARG-1）的表达，有效推动巨噬细胞从促炎的M1表型向抗炎/促修复的M2表型极化，从而有利于营造一个利于骨再生的免疫微环境。
3.7. Cur-Sr/SF/PCL EFM促进成骨的机制
RNA-seq转录组学分析结合生物信息学分析发现，Cur-Sr/SF/PCL EFM处理后的OMSCs，其钙信号通路和Wnt信号通路相关基因显著富集。进一步的蛋白质印迹验证证实，该膜能上调Wnt、钙调蛋白（CaM）和钙调磷酸酶（CaN）的蛋白表达水平。这表明，Cur-Sr/SF/PCL EFM很可能是通过激活非经典的Wnt/Ca2+/CaN信号通路来促进成骨分化的。该通路被激活后，细胞内钙离子浓度升高，激活CaM/CaN，进而促使核因子NFAT去磷酸化并入核，启动成骨基因的转录。
3.8. EFMs在大鼠牙槽骨缺损模型中的体内治疗效果
体内动物实验提供了最终的确凿证据。Micro-CT三维重建及骨计量学分析显示，植入Cur-Sr/SF/PCL EFM8周后，大鼠牙槽骨缺损区域的新骨生成量（BV/TV）显著增加，牙槽嵴高度恢复最好（CEJ-ABC距离最小）。组织学染色（H&E和Masson）进一步直观显示，该组新生骨面积最大，胶原基质最成熟。免疫荧光染色证实，缺损区域有最强的骨形成蛋白OPN和血管生成因子VEGF表达。同时，该区域的巨噬细胞表现为更少的M1型（iNOS低表达）和更多的M2型（CD206高表达），表明其成功调控了局部免疫微环境。
本研究成功开发了一种负载Cur-Sr NPs的多功能生物活性静电纺丝膜。该膜不仅具备了作为理想GBR膜所需的机械性能、可控降解和有效屏障功能，更通过姜黄素与Sr2+的协同缓释，发挥了“三重协同”生物效应：强力促进成骨分化、有效增强血管生成、主动调控免疫微环境（促使巨噬细胞向促修复的M2型极化）。体内外实验一致证明，其促骨再生效果显著优于单纯材料对照组及临床金标准膜。机制研究表明，其促骨作用可能与激活Wnt/Ca2+/CaN信号通路有关。
这项研究的意义在于，它突破了传统GBR膜仅作为“被动屏障”的局限，迈向了“主动引导与调控再生”的新阶段。所设计的Cur-Sr/SF/PCL EFM将结构支撑、可控降解、物质缓释与多靶点生物学调控有机结合，为实现复杂牙槽骨缺损的高效、高质量再生提供了一种极具前景的新策略和新材料。尽管未来仍需在大动物模型和更复杂的临床情境中进一步验证，但本研究无疑为下一代智能化、功能化GBR膜的开发奠定了坚实的基础。
