针对感染性骨缺损治疗中钛植入物面临的感染、炎症、氧化应激及骨整合不足等多重挑战，本研究开发了一种多功能水凝胶涂层。该涂层以甲基丙烯酰化明胶（GelMA）/海藻酸钠（SA）-Cu双网络水凝胶为载体，负载Zn-二氢杨梅素纳米粒子（Zn-DHM NPs），可在感染的酸性微环境中响应性释放Cu2+、Zn2+及二氢杨梅素（DHM）。体外研究表明，该涂层表现出广谱抗菌活性（基于Cu2+和Zn2+），有效清除活性氧（ROS）并缓解氧化应激（基于DHM）；同时诱导巨噬细胞向M2表型极化（通过DHM和Zn2+）以介导免疫调节并促进成骨。此外，涂层通过上调成骨和血管相关基因及蛋白（通过Cu2+和Zn2+），直接刺激成骨分化和血管生成。转录组分析揭示，该涂层通过激活PI3K-Akt等信号通路协同调控骨修复进程。在大鼠皮下感染模型和股骨缺损模型中，TN/GS-Cu/Zn@D涂层展示了抗感染、抗氧化、抗炎、促血管生成及促成骨的显著多重生物学效应，从而有效促进骨整合。本研究为开发具有多微环境协同调控能力的钛植入物智能涂层提供了新策略。

《Biomaterials Advances》：Zn-dihydromyricetin/Cu-dual-network hydrogel antimicrobial coating for cascade repair of bone defects

研究结果 纳米粒子（Zn-DHM NPs）的表征 透射电子显微镜（TEM）观察显示合成的Zn-DHM NPs呈均匀分布的典型颗粒状结构，平均直径为1.38±0.22 μm。Zeta电位测量值为?2.45±0.18 mV。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析证实了DHM与Zn2+之间的配位作用，表明成功构建了Zn-DHM NPs。 涂层的构建与表征 通过自旋涂覆技术和Cu2+配位交联，在改性钛表面成功构建了TN/GS-Cu/Zn@D复合涂层。扫描电子显微镜（SEM）观察显示涂层表面具有多孔的三维网络结构，且元素映射证实了Cu、Zn等元素的均匀分布。释放曲线表明，该涂层在酸性环境（pH=5.0）下表现出显著的Cu2+突释效应，而在生理环境（pH=7.4）下则呈现缓慢持续的释放行为，实现了按需释放。 体外抗菌及抗生物膜活性 通过XTT比色法和结晶紫染色法评估发现，TN/GS-Cu/Zn@D涂层对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均表现出优异的体外抗菌及抗生物膜活性，其机制主要归因于酸性微环境下Cu2+和Zn2+的快速释放产生的协同杀菌作用。 抗氧化与抗炎活性 细胞内活性氧（ROS）检测及流式细胞术分析结果显示，该涂层能有效清除过量的ROS，减轻氧化应激损伤。同时，酶联免疫吸附试验（ELISA）和qPCR分析表明，涂层提取物可显著降低促炎因子（TNF-α、IL-6）的表达，并上调抗炎因子（IL-10）的水平，促进巨噬细胞向M2表型极化。 体外促成骨与促血管生成 细胞实验表明，该涂层条件培养基能显著促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的增殖与成骨分化，表现为碱性磷酸酶（ALP）活性升高及成骨相关基因（Runx2、Ocn）表达上调。同时，在人脐静脉内皮细胞（HUVECs）实验中，涂层促进了细胞的迁移、成管能力及血管生成相关基因（VEGF）的表达。 体内动物实验验证 在大鼠股骨缺损模型中，显微CT和组织学分析结果显示，植入术后8周，TN/GS-Cu/Zn@D组的新骨形成量显著高于对照组。在大鼠皮下感染模型中，该涂层组细菌载量最低，且伴随显著的促血管生成和骨整合效果，证实了其在体内的抗感染与骨修复协同能力。 转录组分析与机制探讨 RNA测序分析表明，TN/GS-Cu/Zn@D涂层主要通过激活PI3K-Akt信号通路，并调控MAPK及NF-κB等信号通路，从而在分子水平上协同促进成骨细胞增殖分化、抑制炎症反应并增强细胞存活率。

总结与结论

本研究成功在钛植入物表面构建了一种多功能TN/GS-Cu/Zn@D水凝胶涂层。该涂层设计巧妙利用了SA与Cu²⁺配位键在酸性微环境下的不稳定性，实现了Cu²⁺的早期爆发式释放以快速杀菌，随后通过水凝胶降解持续释放Zn-DHM NPs，发挥长效的免疫调节、抗氧化及促成骨/促血管作用。研究证实，该策略通过时空控制释放多种活性成分，有效解决了单一功能涂层难以应对复杂骨缺损微环境的难题。该工作发表于《Biomaterials Advances》，为钛植入物的表面功能化改性提供了一种具有临床转化潜力的智能涂层设计方案。