转录组学指导PI3K/Akt靶向外泌体纳米片治骨质疏松

文章来源：北科纳米专业的纳米材料合成专家浏览次数：54时间：2026-01-23 设计合成：18101240246

骨质疏松症以骨代谢失衡和慢性炎症为核心特征，单靶点治疗存在固有局限性。本研究融合转录组学机制解析与纳米材料工程技术，针对卵巢切除（OVX）小鼠转录组揭示的免疫调节失调及PI3K/Akt通路异常激活等关键问题，构建靶向免疫-PI3K/Akt轴的多靶点治疗体系。通过合成双功能纳米片并制备工程外泌体fCA-BExo，实现活性分子与纳米材料的协同递送，在体内外均展现出调控骨代谢、调节免疫微环境的作用，为该疾病治疗提供了新范式。

研究背景

骨质疏松症的核心病理特征表现为骨代谢失衡与慢性炎症持续存在，现有单靶点治疗方案因无法兼顾多病理机制，难以彻底解决疾病治疗难题，亟需开发基于机制洞察的多靶点协同治疗策略。

主要内容

首先通过OVX小鼠转录组分析，明确免疫调节紊乱与PI3K/Akt通路激活在破骨细胞生成中的关键作用；进而合成钴铝层双氢氧化物纳米片（f-CA（OH）），利用其过氧化物样活性清除活性氧（ROS），并稳定缺氧诱导因子1α（HIF-1α）以上调BMP2表达；将该纳米片与间充质干细胞（MSCs）共培养，制备包裹BMP2与纳米材料的工程外泌体（fCA-BExo）；系统探究fCA-BExo在体外对骨生成与破骨细胞分化的调控作用，以及在体内对OVX小鼠骨结构、炎症状态的改善效果。

研究设计

以OVX小鼠为疾病模型，先通过转录组学分析挖掘疾病关键分子机制；基于机制发现设计具有ROS清除与分子调控功能的双功能纳米材料f-CA（OH）；借助MSCs共培养技术构建工程外泌体fCA-BExo，实现纳米材料与BMP2的靶向递送；体外实验验证fCA-BExo对破骨细胞分化及骨生成相关信号通路的调控作用；体内实验评估其对OVX小鼠骨小梁结构、炎症因子水平及巨噬细胞极化的影响，并检测生物相容性。

结果

体外实验中，fCA-BExo可通过阻断PI3K/Akt信号通路抑制破骨细胞分化，同时通过激活SMAD2/RUNX2通路促进骨生成；体内实验中，fCA-BExo能够有效恢复OVX小鼠的骨小梁结构，减少促炎细胞因子释放，推动M2型巨噬细胞极化，且未表现出生物安全性问题，展现出良好的生物相容性与疾病调控效果。

思路延伸

本研究建立了“转录组学机制解析-纳米材料设计-工程外泌体递送”的协同研究框架，通过靶向免疫-PI3K/Akt轴实现骨代谢调控与免疫微环境改善的双重效应，为骨质疏松症的多机制协同治疗提供了新的研究思路，也为功能纳米材料与细胞外泌体结合的生物递送系统开发提供了技术参考。
原文来源：作者：Rongze Tang、Guanhong Liu、Congcong Wang、Minghao Chao、Guangyu Ma、Pengjin Wei、Siling Du、Junjie Li、Yufan Liu、Chaonan Jing、Guoquan Wu、Ming Guan、Hongliang Chen、Fenglei Gao
期刊：Advanced Science
Pub Date：2025-09-29
DOI：10.1002/advs.202511327

北科纳米-学术前沿公众号


二维材料Frontier	生物纳米材料前沿	MXenes Frontier	纳米医学Frontier