北京化工大学研究论文登上Cell头条：实现骨再生的时空调控|cell|免疫|北京化工大学|微环境|细胞|骨再生

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

近日，北京化工大学、北京大学和哈佛大学医学院合作的一项新研究登上了Cell Press头条。

该研究以：Harnessing exogenous stimuli and functionally 3D aligned fibrous scaffolds for spatiotemporal modulation of bone regeneration 为题，发表于 Cell 新子刊Cell Press Blue，北京化工大学薛佳佳教授、哈佛大学医学院陶伟教授、北京大学敖英芳教授为论文共同通讯作者。该研究将近红外光照射与功能性 3D 定向纤维支架相结合，实现了骨再生的时空调控。

骨骼具有内在的再生能力，但在许多临床情况下，成功愈合仍难以实现，这是因为修复过程中需要复杂且精准的协调。

骨再生通过相互重叠的阶段进行，首先启动免疫激活，接着是内源性干细胞/祖细胞的募集、增殖和分化，最终形成细胞外基质（ECM）沉积和生物矿化。这些在时间上截然不同的事件需要在动态微环境中进行空间和时间上的协调调控，这给再生生物材料的设计带来了关键挑战。

虽然及时的免疫调控对于建立促进再生的微环境至关重要，但后续阶段则需要能够主动招募修复细胞并引导其向成骨细胞分化的支架。为了满足这些特定阶段的需求，人们开发了多种策略，包括免疫调控添加剂、拓扑信号以及生长因子递送系统。然而，这些方法中的大多数针对的是孤立的阶段，并依赖于复杂的多组分系统，这限制了其临床应用性。

骨再生需要免疫调控、干细胞募集、血管生成和成骨作用的时空协调，但大多数支架缺乏跨愈合阶段的序贯调控能力。

在这项新研究中，研究团队开发了一种近红外光（NIR）响应的治疗平台，该平台将临床可用的近红外光照射与工程化的三维放射状排列纳米纤维支架相结合，该支架通过单轴取向的聚己内酯（PCL）/黑磷纳米纤维膜的气体发泡来制造，从而形成径向取向的 3D 结构，并在纤维表面修饰了靶向骨髓间充质干细胞（BMSC）的核酸适配体（Apt19S）。

在近红外光的轻度热刺激下，可加速黑磷的降解，释放磷酸根离子，并激活热休克反应程序，从而促进巨噬细胞极化、内源性间充质干细胞归巢、新生血管形成以及成骨分化。代谢组学分析揭示了热休克蛋白相关信号通路与脂质代谢的协同调控作用。

在大鼠临界尺寸颅骨缺损模型中，该平台在不依赖外源性细胞或生长因子的情况下实现了显著的骨再生。