骨质疏松状态下髓腔内的骨髓间充质干细胞（OP-BMSCs）随着年龄的增长而数量减少，并表现出功能的退行性变，包括增殖能力下降，成骨、成血管分化能力降低和成脂肪分化能力增加。研究显示OP-BMSCs自噬水平较健康来源的BMSCs低下损害了骨质疏松环境下的骨整合。近期，吉林大学第二医院王金成教授与吉林大学化学院林权教授团队合作开发具有自噬调节功能的生物活性骨科植入物。在这里，设计了一类新型多功能水凝胶集成 3D 打印生物活性假体界面，用于骨质疏松症的原位骨整合。水凝胶由合成聚合物、天然聚合物、银纳米线的动态交联制成，以封装自噬激活剂的雷帕霉素（图1）。

图1. 3D打印生物活性假体界面的制备及其对OP-BMSCs的自噬和细胞命运调节，从而促进骨质疏松体内假体界面骨整合。

  所得到的生物活性假体界面具有抗菌能力、生物相容性、降解性、导电性、自愈性和多重刺激响应能力（图2、3）。体外实验表明，水凝胶复合的 3D 打印生物活性假体界面可以通过上调自噬水平来恢复 OP-BMSCs 下降的细胞活性，具体表现为提高细胞活性和增殖能力，促进成骨分化，抑制成脂分化（图4、5）。并对金黄色葡萄球菌和 MRSA 显示出优异的抗菌活性。体内研究显示，该多功能 3D 打印的生物活性假体界面显着改善了体内骨质疏松环境中的界面骨整合（图6、7），并抑制了潜在的感染（图8）。

图2.水凝胶具有良好的自愈合、导电性、多重生物响应性能。

图3. 3D打印生物活性假体界面构建，具有良好的生物相容性，细胞骨架的形态，提高细胞活性和增殖能力。

图4. 3D打印生物活性假体界面促进OP-BMSCs成骨分化，抑制成脂分化。

图5. 3D打印生物活性假体界面激活OP-BMSCs自噬，并保持通路顺畅。

图6. 3D打印生物活性假体界面促进骨质疏松体内假体界面骨整合，加速骨形成，并增加假体周围组织力学强度，有利于减少假体松动、假体周围骨折等并发症的发生。

图7. 3D打印生物活性假体界面周围骨组织中成骨标记物上调，破骨相关标记物抑制，这可能是通过激活假体周围组织细胞的自噬实现的。

图8. 3D打印生物活性假体界面抑制假体周围细菌感染，形成良好的骨整合界面。

  该工作以“Engineering Multifunctional Hydrogel-Integrated 3D Printed Bioactive Prosthetic Interfaces for Osteoporotic Osseointegration”为题发表在《Advanced Healthcare Materials》上，文章第一作者吉林大学第二医院李祖浩博士，共同第一作者吉林大学化学院赵月博士；吉林大学第二医院王金成教授、刘贺教授，与吉林大学化学院林权教授为共同通讯作者。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202102535