研究内容简介

Schematic representation of the design and application of the bioactive SF-MgO@IL-4 scaffold for critical-sized skull regeneration.

由于创伤、先天性畸形或癌症手术等原因造成的临界尺寸颅骨缺损的修复，仍然是一个严峻的挑战。目前，现有的生物材料（例如钛网和聚醚醚酮（PEEK））已被应用于临床颅骨修复，但由于其在力学匹配、形状适应性、生物活性和骨整合方面的局限性，导致这些材料与骨缺损形状的匹配度不足，组织摩擦明显，临床操作复杂，骨再生效果不佳，极大地限制了它们的临床应用。在本研究中，我们构建了一种对水和炎症微环境具有双重响应且能够自适应的丝素蛋白（SF）/氧化镁（MgO）基支架，其表面涂覆了基质金属蛋白酶-2（MMP-2）响应型的甲基丙烯酰化明胶--白细胞介素-4（GelMA-IL-4）涂层。这种支架表现出良好的力学顺应性、快速形状匹配以及术中可再加工性。最为重要的是，该支架的服务过程能够很好地匹配骨再生的生理过程。在炎症的急性阶段，GelMA-IL-4涂层能够主动响应炎症微环境，并触发白细胞介素-4（IL-4）的释放。免疫活性的IL-4与Mg²⁺的协同作用，可以通过抑制糖酵解、促进线粒体氧化磷酸化以及调节巨噬细胞中的AMPK信号通路，实现代谢重编程，从而显著促进巨噬细胞的M2型激活。在组织重塑阶段，Mg²⁺的持续释放进一步促进巨噬细胞的M2型极化以及抗炎细胞因子的表达，显著降低免疫反应，并提高异位成骨能力。在大鼠颅骨缺损研究中也充分证实，该支架能够显著增强骨再生。综上，这种策略表明，增强巨噬细胞的抗炎免疫调节强度和持续时间，能够为骨再生过程提供一个更加友好和持续的骨免疫调节微环境，为临界尺寸颅骨缺损的再生提供了新的策略。论文第一作者为北京大学材料学院毕雪薇博士后和毛智南博士后，北京大学材料学院郑玉峰教授和毛智南博士后、首都医科大学附属北京积水潭医院舒雄副研究员和北京大学深圳医院黄永灿副研究员为论文共同通讯作者。

课题组简介

北京大学材料科学与工程学院郑玉峰教授：北京大学生命健康材料研究中心主任、北京大学材料学院生命健康材料研究所所长、教授、博士生导师，国家高层次人才计划入选者、国际生物材料科学与工程学会联合会生物材料科学与工程会士、美国医学与生物工程研究院会士、中国生物材料学会会士。学术研究方向为新型生物医用金属材料与器械。作为项目负责人，先后承担十四五、十三五国家重点研发计划项目、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、联合基金重点项目等纵向课题与横向课题 50 余项，出版英文专著2本，中文专著9本，发表英文SCI论文700余篇，被引用58000余次，H-index为118，科睿唯安2022-2024年全球高被引学者，获授权发明专利60余项。目前的社会兼职包括Bioactive Materials主编、中国生物材料学副理事长、中国复合材料学会生物复合材料分会主任委员、中国生物医学工程学会生物材料分会候任主任委员等。

北京大学材料科学与工程学院毛智南博士后：博士后合作导师为郑玉峰教授；现为香港中文大学医学院矫形外科及创伤学系博士后，合作导师为秦岭教授。近年来主要从事新型蚕丝蛋白基生物材料的设计、制备和应用研究，材料主要应用于骨、软骨和硬脊膜等组织的再生与修复。以一作（共一）或通讯作者身份在《Nature Communications》（2篇）, 《Biomaterials》，《Materials Horizons》,《Advanced Healthcare Materials》等国际期刊发表SCI论文7篇；申请国家发明专利5项，已授权2项。作为项目负责人主持国家自然科学基金青年科学基金和广东省基础与应用基础研究基金（面上项目）。担任《Nature Communications》、《Bioactive Materials》,《Journal of Orthopaedic Translation》等期刊的审稿人。

北京大学深圳医院脊柱外科黄永灿副研究员：北京大学深圳医院骨病研究所副所长、深圳骨科疾病再生技术工程实验室主任、北京大学医学部副研究员、硕士生导师、博士后合作导师，入选多个深圳市人才计划。主要学术研究方向为脊柱退行性疾病与结构重建研究。作为项目负责人，先后承担国自然、省自然、深圳市国际合作项目、深圳市战新产业发展专项等课题10余项，发表SCI论文78篇，被引用3400余次，H-Index 32，获授权专利9项。担任国际华人骨科研究学会(ICMRS) Membership Committee委员和终身会员、国际矫形与创伤外科学会(SICOT) Research Award Committee 委员等，是多个SCI杂志的副主编、编委和审稿人。

北京市创伤骨科研究所舒雄副研究员：首都医科大学讲师，主要研究方向为骨软骨的修复再生研究。承担或作为骨干参与国家重点研发计划、国家自然基金面上、北自然基金面上项目等项目共计6项。近五年以第一作者/通讯作者在Nature communication、Advanced Science、Biomaterials、 Advanced Healthcare Materials等发表文章15篇，以第一发明人获得发明专利3项。

基金资助

该研究得到了国家自然科学基金委（32201114）, 广东省基础与应用基础研究基金（2022A1515220079，2021A1515220086），深圳市科技创新委员会项目（JCYJ20230807095116032），北京市卫生健康委员会（BMHC-2021-6，BJRITO-RDP-2023，XT-2024-06，JYY2023-8）和北京积水潭医院自然科学基金（ZR-202405）项目的支持。

论文信息

Xuewei Bi#, Zhinan Mao#*, Yilin Zhang, Zeqi Ren, Kang Yang, Chunhao Yu, Lei Chen, Rui Zheng, Juan Guan, Zhenhai Liu, Binsheng Yu, Yongcan Huang*, Xiong Shu*, Yufeng Zheng*. Endogenous dual-responsive and self-adaptive silk fibroin-based scaffold with enhancement of immunomodulation for skull regeneration. Biomaterials 2025, 320, 123261.