山大马保金、葛少华、刘宏Small Struct：抗细菌粘附的阶段性离子释放双层引导骨再生膜

在修复病理性骨缺的过程中，涉及一系列错综复杂的 生物级联反应 ，包括炎症反应、免疫调节、血管生成和成骨。目前的 引导骨再生（ GBR ）膜 主要起到屏障的作用，无法积极促进骨缺损附近一侧的骨骼生长。近期， Janus 结构的 GBR 膜因在骨修复方面显示出独特的优势备受关注。

具有多种生物学功能的 生物活性金属离子（ BMI ） 如 Ca ²⁺ 、 Cu ²⁺ 、 Sr ²⁺ 等可代替生长因子优化骨再生。其中， Ca ²⁺ 是骨矿物质组成不可或缺的一部分，促进成骨分化和矿化。 Cu ²⁺ 表现出有效的抗菌特性并促进血管生成。 Sr ²⁺ 具有免疫调节作用，促进修复骨组织。

与此同时，金属离子离不开各种载体（包括水凝胶、 MOF 和 MPN ），需要通过加载和释放机制发挥其生物作用。 羟基磷灰石（ HAp ） 是关键载体之一，不同的添加方式如合成掺杂、静电吸附和离子交换都会影响离子释放的速度。并且金属离子的掺入也在很大程度上弥补了羟基磷灰石材料的缺点，如低骨诱导活性和缺乏免疫调节功能。

在此，山东大学 马保金、葛少华、刘宏 教授 团队 提出了一种阶段性生物活性离子导向释放策略，以构建双层 Janus Cu&Sr-HAp/PLA （ CSHP ）膜引导骨再生膜，即材料的一侧是含有铜离子（ Cu ²⁺ ）和锶离子（ Sr ²⁺ ）的羟基磷灰石纳米线（ NWs ），另一侧是聚乳酸（ PLA ）。由不同的离子递送模式引起不同的离子释放阶段。 一方面，吸附在表面上的 Cu ²⁺ 可以从 CSHP 膜快速释放，以触发包括抗菌反应、调节巨噬细胞极化和增强血管生成的级联事件。另一方面，随着 HAp 的逐渐降解，晶格中掺杂的 Sr ₂ O ₃ 持续释放，协同调节免疫力，并促进强健骨骼组织的形成。并且， CSHP 膜的双层结构还确保了生物活性离子 定向释放 到骨缺损区域，避免了可能因不加选择的分散而引起的任何全身并发症。此外，纳米工程 HAp 层由于 低粘附力 而阻止病原体定殖，这可以有效地防止细菌生物膜的形成和植入后的感染。总体而言， CSHP 多功能双层膜基于离子的阶段性和定向性释放，适应了骨修复的动态要求，从而提高了再生效率，也为新型修复材料的设计提供了参考。该工作以“ Phased Ions-Release Bilayer-Guided Bone Regeneration Membrane with Nanostructure-Mediated Antibacterial Adhesion ”为题发表于 24 年的 Small Structures 上。

【文章亮点】

1. 1. 双层结构设计： 提出了一种新型的双层 Cu&Sr- 羟基磷灰石（ HAp ） / 聚乳酸（ PLA ）引导骨再生膜（ CSHP ），材料能够适应骨修复过程中不同阶段的生物学需求，优化骨再生效果。并且通过双层结构设计，确保生物活性离子 有针对性地释放 到骨缺损区域，避免系统性并发症。

2. 2. 利用 Cu ²⁺ 的抗菌特性 以及其在早期阶段快速释放的能力，触发抗菌反应、调节巨噬细胞向抗炎表型（ M2 型）极化，并增强血管生成。这对于调节骨修复过程中的免疫反应和促进骨组织再生非常关键，突出了材料在免疫调节方面的潜力。

3. 3. 利用 Sr ²⁺ 在 HAp 晶格中的掺杂，实现其在 后期 阶段的 持续释放 ，以协同调节免疫反应并促进强健骨骼组织的生成。

图 1 ：具有抗菌粘附作用的双层 CSHP 膜的示意图

图 2 ： HAp 、 Sr-HAp 和 Cu&Sr-HAp NW 的表征

图 3 ： CSHP 膜的表征

图 4 ： CSHP 膜的生物相容性和干细胞募集作用

图 5 ：抗菌的粘附功能

图 6 ：巨噬细胞极化的调节

图 7 ：血管生成的调节