金属植入器械是临床组织修复和替代的重要工具，但在糖尿病患者中，这些植入物常常面临着更复杂的挑战——易感染、炎症反应强烈，组织修复缓慢。如何让这些“冰冷”的惰性植入物能够更智能地应对体内动态的病理环境？中山大学张超教授、贾昭君副教授团队，联合北京大学郑玉峰教授课题组，最近在《Advanced Functional Materials》期刊上发表了一项创新性研究，提出了一种“自更新”仿生多层界面工程策略，赋予惰性金属植入物“智能性”：工程化界面顶层能够按需释放抗菌/抗炎/免疫调节因子，并适应性暴露促组织生长微纳结构底层，帮助伤口更快、更好地愈合。
各类临床应用广泛的金属植入器械（图片来源于网络）。创新亮点：海洋生物启发的三明治样“自更新”植入器械表面这项创新设计灵感来源于海洋生物，如软体动物的多层壳结构、贻贝的黏附机制和珊瑚自我修复的活性黏液层。研究团队以此为启发，成功在金属植入物表面构建了一种三明治结构多层功能界面，其由以下三部分组成：1. 微/纳米结构底层（MNS）——模仿软体动物外壳，赋予植入物良好的物理支撑和促进细胞附着的能力。2. 仿贻贝中间层（DP）——模仿贻贝黏附蛋白，为植入物提供优异的粘附性能，使其与生物环境更好整合。3. 仿珊瑚黏液动态交联治疗水凝胶顶层（TDGel）——富含动态硼酸酯键和亚胺键，能够根据周围环境的pH和活性氧（ROS）水平做出响应，按需释放抗菌因子（单宁酸、妥布霉素），并在清除感染后暴露有利于组织再生的微/纳米结构。研究团队通过一系列体外、卵内和体内模型验证了该创新植入物表面的疗效。1. 在体外成骨分化及骨内植入实验中，功能化植入物能够显著抑制细菌感染，同时减少炎症反应，并展现出加速生物矿化及骨组织界面整合的潜力。2. 皮下植入模型和伤口闭合模型进一步证实，该多层功能界面有效降低了植入后异物反应，并加速软组织愈合，尤其在糖尿病相关的感染慢性伤口闭合过程中展现了良好疗效。更重要的是，该表面具备动态响应特性，能够根据病理环境的变化，逐步释放抗菌/抗炎/促修复因子。这种“自更新”机制不仅避免了传统植入物一成不变的功能局限，还能在感染控制和组织修复之间实现时序切换。仿生自适应界面工程策略示意图:（a）海洋多重灵感启发的“自更新”植入器械表面构筑原理及作用机制；（b）TDGel自组装化学和动态响应性；（c）工程化界面基于自适应按需降解机制及适应性底层暴露发挥抗细菌感染、免疫调节抗炎和促愈合/再生功能，促进感染性糖尿病骨或皮肤组织修复。MNS-TDGel界面工程化缝合钉治疗金黄色葡萄球菌感染糖尿病创伤的示意图及疗效。此次研究表明，面对糖尿病等挑战性病理环境，自适应工程化植入器械或将成为新一代疾病治疗/组织修复领域新趋势之一。相比传统静态涂层，这种动态界面设计让传统惰性植入器械具备了“智能反应”能力，使其能够更好地适应动态变化的病理环境。此类器械的进一步研发及未来临床应用有望造福具有免疫缺陷等基础疾病但亟待植入器械治疗的患者群体。论文全文信息：
Cui, B.; Wen, M.; Cai, Z.; Si, Y.; Liu, F.; Zheng, Y.; Zhang, C.; Jia, Z. Bio-Inspired Self-Renewing Implant Surfaces With Sequential Biofunctional Adaptation for Infectious Diabetic Tissue Repair. Adv. Funct. Mater. 2024, 2418092.DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202418092声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
