文献信息

宁波大学附属李惠利医院等单位的研究成果“A sodium phytate–ethyl cellulose coating with sustained oleoyl serine release enables spatiotemporal osteoimmune regulation of magnesium implants（植酸钠 - 乙基纤维素缓释油酰丝氨酸涂层实现镁植入物时空性骨免疫调控）在《Journal of Controlled Release》杂志（IF=11.5）上发表。平生公司的离体CT（VENUS）在论文中提供大鼠股骨标本图像和定量分析。该研究的通讯作者为彭兆祥主任。第一作者为陈宇炯老师。

文献摘要

可生物降解镁植入物在骨科领域具备巨大应用潜力，但其降解速度过快、骨整合效果不佳以及引发免疫失衡等问题，仍是阻碍其走向临床应用的主要难题。本研究在镁植入物表面构建了植酸钠钝化层，同时制备出负载油酰丝氨酸的乙基纤维素阻隔层，以此形成兼具多重功能的复合涂层。这款 SP-EC-OS 涂层通过化学钝化、屏障隔绝、信号控释三重作用机制实现时空协同调控。SP 层可提升界面结合强度与耐腐蚀性，EC 层为可控降解及长效缓释提供载体，而持续的释放的生物活性分子OS可与可控降解的镁离子协同调控细胞行为。体外实验结果表明，镁基复合体系 Mg-SP-EC-OS 可显著提升耐腐蚀性，且其可控释放行为与骨再生级联过程同步进行。更为重要的是，OS 与镁离子产生的协同作用能够促进成骨细胞分化与矿化，抑制破骨细胞活化，并诱导巨噬细胞向 M2 型极化，最终实现以免疫调控为核心的骨再生修复。大鼠股骨缺损模型的体内验证实验表明，Mg-SP-EC-OS复合植入物可通过免疫调控促使巨噬细胞向 M2 型极化，显著促进新骨生成，缩小骨与植入物之间的界面空隙，同时具备优异的全身生物安全性。该多功能涂层兼具耐腐蚀性、免疫调节作用与时空成骨效应，能够实现与骨愈合进程相匹配的时空可控降解，为研发新一代可降解镁基骨科植入材料提供了切实可行的研究思路。

实验方法

体内动物实验

实验选用二月龄雄性 SD 大鼠（体重约 250 克），将其随机分为 4 组，每组 4 只。采用戊巴比妥钠（80 毫克 / 千克）对大鼠进行腹腔麻醉，随后在大鼠股骨髁上方钻出直径 2.0 毫米的孔洞，分别植入Mg、Mg-SP、Mg-SP-EC以及Mg-SP-EC-OS材料试样。

Micro-CT分析

术后第4周和第8周对实验动物实施安乐死，分离股骨组织并置于10%多聚甲醛中固定。采用平生医疗科技有限公司生产的VENUS（VNC-102）型显微CT设备开展检测评估。设备管电压设置为40kV、电流250μA、以18微米分辨率采集成像。利用Avatar软件（平生医疗科技有限公司）重建后的影像测算新生骨组织形成率，结合实际情况从二维影像中选取感兴趣区域。分析骨体积分数、骨小梁数量等骨组织结构相关参数，同时完成标本三维影像的重建工作。

实验结果

作为骨科植入物，镁基材料在体内通常会发生快速降解，进而引发局部不良反应，制约了其在骨修复领域的应用。降解速度过快会造成损伤组织周边出现镁离子堆积，同时伴随氢气聚集并形成强碱性环境。该类微环境极易激活破骨细胞，还会在骨重建后期抑制成骨细胞的黏附与增殖，进而阻碍骨组织矿化与成熟，使得植入部位的骨再生速度跟不上镁基材料的降解速率，最终造成骨溶解空洞形成，引发植入物失效。

为系统探究涂层对镁基植入物体内耐腐蚀性及骨缺损修复效果的影响，本研究构建了SD大鼠股骨远端骨缺损模型（图8a及附图S3），分别植入Mg、Mg-SP、Mg-SP-EC以及Mg-SP-EC-OS四种不同的镁钉。于术后第4周与第8周处死实验动物，借助显微计算机断层扫描技术检测植入物降解情况及周边骨组织愈合状态。

图8b结果显示，纯镁组植入物在体内降解速度较快，其周围形成了明显空洞，这一现象与材料过度腐蚀以及氢气大量释放密切相关。而Mg-SP-EC-OS组植入物周边未出现明显空洞，具备更优异的结构稳定性。定量分析数据进一步证实，在骨小梁体积分数、骨小梁厚度、骨矿物质密度以及骨小梁分离度等指标上，Mg-SP-EC-OS组的表现显著优于其余各组（图8c）。

图8、Mg、Mg-SP、Mg-SP-EC以及Mg-SP-EC-OS植入物的体内耐腐蚀性与骨修复性能评价(a) SD 大鼠股骨远端骨缺损模型构建示意图(b) 植入术后第 4 周、第 8 周植入物显微 CT 三维重建图像(c) 植入术后第 4 周、第 8 周植入物显微 CT 定量分析结果。

实验结论

综上，本研究成功构建了适用于纯镁骨科植入物的多功能复合涂层体系。该涂层不仅可提升镁基植入材料的耐腐蚀能力，还赋予其骨免疫调节活性，能够调控局部成骨、破骨细胞分化，最终实现骨再生过程的时空有序调控。其作用机制为：植酸钠层实现界面钝化并增强结合强度，乙基纤维素层发挥时序释药与空间屏障作用，同时持续释放的油酰丝氨酸可协同镁离子共同调控细胞生物学行为。该复合涂层融合多种防腐策略，并整合内源活性信号分子，从力学层面与生物学层面仿生模拟骨组织再生及骨整合生理过程。植酸钠 - 乙基纤维素 - 油酰丝氨酸改性镁材料具备良好应用前景，可作为具备临床转化潜力的可降解植入材料研究平台。

使用设备

                                            Micro CT（型号：VENUS）（平生医疗科技）

                                                    影像软件：Avatar（平生医疗科技）