北大/南科大/北科大AM：超顺磁复合水凝胶支架作为体内动态可监测治疗诊断平台用于骨关节炎再生

骨关节炎（ OA ） 是一种常见的疾病， 涉及和破坏关节内和周围的 多个 组织， 包括软骨和软骨下骨 ，最终表现为 软骨损伤、软骨下骨折和炎症 等。 目前， 传统的治疗主要集中在软骨 上层 修复上，而对软骨下骨的再生关注不足，导致对疾病全面 监测与 治疗的需求未得到满足。

Fe ₃ O ₄ 纳米颗粒（ Fe ₃ O ₄ NPs ） 因其超顺磁性质被用作 MRI造影剂， 但作为植入物时需结合其他材料以提高稳定性。 铁凝胶（ Ferrogel）是将Fe ₃ O ₄ NPs与水凝胶结合的产物，广泛应用于生物学和医学。

透明质酸（ HA ） 水凝胶是优秀的生物医学材料，具有出色的生物相容性和安全性，已用于多种应用，但铁凝胶在修复软骨下骨方面的应用受限，因其缺乏有效修复该部位的关键成分。

羟基磷灰石（ HAp ） 作为骨骼修复的关键成分，已被广泛研究并证实对软骨下骨修复具有潜力，但作为无机材料， 其在治疗过程中缺乏有效的原位监测方法。因此， 需要开发一种集诊断和治疗于一体的 新 材料，以实现 对 关节退化过程中 软骨 上 下骨结构 及其相互作用 的长期治疗和实时监测。

北京大学 第三医院 张 辛 教授团队 、 南方科技大学 刘吉 教授团队， 携手 北京科技大学 的 徐晓光 教授 团队， 设计了 一 种 一种复合水凝胶支架 （ CHS ）， 即 以甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰透明质酸（ GMHA ）为基质，在基于羟基磷灰石的中空多孔磁性微球存在下，以光聚合合成的一种新型多功能支架 。 实验表明，中空多孔微球结构的羟基磷灰石 - 四氧化三铁 (HAp- Fe ₃ O ₄ ) 颗粒与传统 HAp 材料相比， 提高了药物的装载和持续释放能力 ，并通过磁共振成像 (MRI) 技术实现了治疗效果的 实时监测 。复合水凝胶支架不仅 增强了骨髓间充质干细胞的成骨分化和新骨形成 ，还通过 MRI 监测 Fe ₃ O ₄ 纳米颗粒被新骨替代的过程 ，为骨关节炎 (OA) 的再生治疗提供了一个集治疗和监测于一体的多功能平台。 该工作以 “ A Superparamagnetic Composite Hydrogel Scaffold as In Vivo Dynamic Monitorable Theranostic Platform for Osteoarthritis Regeneration ”为题发表于24年的《 Advanced Materials 》上。

【 制备方法 】

1. 首先，通过特定的两步水热合成法制备羟基磷灰石 (HAp)基的空心多孔磁性微球 （ HAp-Fe ₃ O ₄ ），之后将一定量的空心 HAp-Fe ₃ O ₄ 微球分散在 0.5%的光敏剂溶液(LAP)中。

2. 其次， 向上述溶液中加入 50 mg 的甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的透明质酸 (GMHA)，并持续搅拌直至形成均匀溶液。

3. 最后，光交联成型，将均匀溶液倒入直径 10毫米、高5毫米的圆柱形模具中，使用紫外光源(405 nm) 曝光 30 s 以进行光交联反应。

【 文章亮点 】

1. 多功能性复合水凝胶支架 ： 结合超顺磁 Fe ₃ O ₄ 纳米颗粒和羟基磷灰石 (HAp)的独特微球结构，以及甲基丙烯酸缩水甘油酯改性透明质酸(GMHA)的光交联网络， 最终 实现了 药物缓释、 MRI动态监测和促进骨组织再生 的一体化治疗效果。

2. 药物缓释系统： 支架内部的多孔结构有利于血管内皮生长因子（ VEGF）等药物的装载和持续释放， 从而延长了药物的作用时间并提高了疗效。与未含微球的 GMHA对照组相比，含有HAp-Fe ₃ O ₄ 微球的复合支架 (CHS-L和CHS-H)在7天内的药物释放曲线显示出 更持久的释放行为 ，且在 7天后的累积药物释放率分别为95.77%和97.21%，显著高于GMHA组的96.86%。

3. MRI动态监测 ： 利用 Fe ₃ O ₄ 纳米颗粒的超顺磁特性，实现了对软骨下骨修复过程的 非侵入性、无辐射的 MRI实时监测 ，为 OA治疗提供了一种无创的评估手段。

4. 促进成骨分化： Fe ₃ O ₄ 微球能够促进骨髓间充质干细胞 （ BMSCs）的 成骨分化，加速新骨生成 ，从而提高骨修复效率。 且 Fe ₃ O ₄