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  軟骨組織是一種結構復雜的梯度組織，從軟骨側到軟骨下骨側，其化學組成、微觀結構、力學性能及生物學功能均呈現(xiàn)空間連續(xù)變化。精準仿生骨軟骨的天然梯度結構是骨軟骨修復的核心難題，其挑戰(zhàn)不僅在于成分梯度，更在于無機納米晶體的空間結構梯度仿生，該結構的成功仿生對修復微環(huán)境的構建及組織再生效果發(fā)揮著關鍵作用。

  近日，浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院趙玥綺特聘副研究員與方向前教授聯(lián)合浙江大學唐睿康教授團隊，基于磷酸鈣無機離子寡聚體與化學修飾的透明質酸，通過有機-無機共組裝策略模擬生物礦化中的非經(jīng)典結晶路徑，成功構建出具有空間納米結構與成分梯度的仿生梯度骨軟骨水凝膠（BiGOH）。該材料的梯度結構賦予其區(qū)域特異性的微環(huán)境調控能力：在軟骨親和區(qū)，BiGOH促進軟骨代謝與合成；在軟骨下骨親和區(qū)，則引導巨噬細胞募集并向促再生的M2表型極化，同時增強骨髓間充質干細胞的成骨分化。這種各向異性的微環(huán)境調控在大鼠骨軟骨缺損模型中顯著加速了組織再生，即使在不利于修復的骨關節(jié)炎條件下仍表現(xiàn)出良好效果。植入8周后，缺損區(qū)域實現(xiàn)完整的骨軟骨再生，新生組織呈現(xiàn)出與天然組織相似的結構特征，并與周圍組織無縫整合。

  相關研究成果以“Organic-Inorganic Composite Hydrogel with Biomimetic Structural Gradient for Osteochondral Regeneration in Osteoarthritis”為題近日發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上。浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院諸進晉博士、吳董澤碩士、浙江理工大學楊淑慧博士為共同第一作者。

圖1：展現(xiàn)了磷酸鈣離子寡聚體（CPO）與化學修飾的透明質酸的有機-無機共組裝反應，構建具有空間納米結構與成分梯度的仿生梯度骨軟骨水凝膠。其中仿生礦化形成的羥基磷灰石（HAP）納米晶體空間呈現(xiàn)梯度分布，尺度從23.09±7.35納米逐漸增加到117.60±24.73納米。

圖2. 在 BiGOH 構建的促再生微環(huán)境中，骨關節(jié)炎大鼠模型的骨軟骨缺損可在 8 周內實現(xiàn)結構與功能的完全修復；組織學結果顯示，新生組織與宿主周圍組織實現(xiàn)無縫整合，且其架構與天然骨軟骨組織高度相似。通過國際軟骨修復協(xié)會評分系統(tǒng)進行的組織學評估，經(jīng)BiGOH處理的缺損在軟骨和軟骨下骨區(qū)域的評分均與天然組織相當。

圖3. 在 BiGOH 構建的微環(huán)境中，骨髓間充質干細胞mTOR、軟骨細胞STAT3、巨噬細胞M2極化等炎癥相關通路分別受到梯度調控，證實了BiGOH為細胞提供了梯度的促修復微環(huán)境。

  總結：本研究基于非經(jīng)典結晶途徑，在有機-無機復合體系中成功仿生構建了兼具微觀結構與成分雙重梯度的骨軟骨水凝膠。該材料為骨軟骨再生提供了理想的梯度微環(huán)境，進而為修復策略提供了新思路；更從材料設計層面，拓展了復雜層次結構生物材料的新途徑，對再生醫(yī)學中各類異質性組織界面的修復具有普適性啟示。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202518117