软骨组织是一种结构复杂的梯度组织，从软骨侧到软骨下骨侧，其化学组成、微观结构、力学性能及生物学功能均呈现空间连续变化。精准仿生骨软骨的天然梯度结构是骨软骨修复的核心难题，其挑战不仅在于成分梯度，更在于无机纳米晶体的空间结构梯度仿生，该结构的成功仿生对修复微环境的构建及组织再生效果发挥着关键作用。

  近日，浙江大学医学院附属邵逸夫医院赵玥绮特聘副研究员与方向前教授联合浙江大学唐睿康教授团队，基于磷酸钙无机离子寡聚体与化学修饰的透明质酸，通过有机-无机共组装策略模拟生物矿化中的非经典结晶路径，成功构建出具有空间纳米结构与成分梯度的仿生梯度骨软骨水凝胶（BiGOH）。该材料的梯度结构赋予其区域特异性的微环境调控能力：在软骨亲和区，BiGOH促进软骨代谢与合成；在软骨下骨亲和区，则引导巨噬细胞募集并向促再生的M2表型极化，同时增强骨髓间充质干细胞的成骨分化。这种各向异性的微环境调控在大鼠骨软骨缺损模型中显著加速了组织再生，即使在不利于修复的骨关节炎条件下仍表现出良好效果。植入8周后，缺损区域实现完整的骨软骨再生，新生组织呈现出与天然组织相似的结构特征，并与周围组织无缝整合。

  相关研究成果以“Organic-Inorganic Composite Hydrogel with Biomimetic Structural Gradient for Osteochondral Regeneration in Osteoarthritis”为题近日发表在Advanced Functional Materials期刊上。浙江大学医学院附属邵逸夫医院诸进晋博士、吴董泽硕士、浙江理工大学杨淑慧博士为共同第一作者。

图1：展现了磷酸钙离子寡聚体（CPO）与化学修饰的透明质酸的有机-无机共组装反应，构建具有空间纳米结构与成分梯度的仿生梯度骨软骨水凝胶。其中仿生矿化形成的羟基磷灰石（HAP）纳米晶体空间呈现梯度分布，尺度从23.09±7.35纳米逐渐增加到117.60±24.73纳米。

图2. 在 BiGOH 构建的促再生微环境中，骨关节炎大鼠模型的骨软骨缺损可在 8 周内实现结构与功能的完全修复；组织学结果显示，新生组织与宿主周围组织实现无缝整合，且其架构与天然骨软骨组织高度相似。通过国际软骨修复协会评分系统进行的组织学评估，经BiGOH处理的缺损在软骨和软骨下骨区域的评分均与天然组织相当。

图3. 在 BiGOH 构建的微环境中，骨髓间充质干细胞mTOR、软骨细胞STAT3、巨噬细胞M2极化等炎症相关通路分别受到梯度调控，证实了BiGOH为细胞提供了梯度的促修复微环境。

  总结：本研究基于非经典结晶途径，在有机-无机复合体系中成功仿生构建了兼具微观结构与成分双重梯度的骨软骨水凝胶。该材料为骨软骨再生提供了理想的梯度微环境，进而为修复策略提供了新思路；更从材料设计层面，拓展了复杂层次结构生物材料的新途径，对再生医学中各类异质性组织界面的修复具有普适性启示。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202518117