Advanced Materials | 免疫和干细胞介导的杀菌扩增与骨骼重塑，用于感染清除和骨整合

植入物相关感染减少间充质干细胞在植入部位附近的积累，同时抑制这些干细胞的存活能力和成骨能力。我们展示了 pH 响应的生物材料界面利用感染诱导的酸化作用，协调抗菌作用与干细胞和免疫细胞功能重编程。该系统可释放杀菌肽以直接消除细菌，而间接杀菌增强则在镁离子和细胞靶向肽的存在下进行，分别促进免疫反应的积极调节和骨髓间充质干细胞的招募。这一特征导致植入体界面处的骨发生性分化，使大鼠感染模型中界面骨体积增加 280%。通过转录组分析，我们还表明 Wnt 激活的干细胞和交替活化的巨噬细胞联合上调抗菌效应器项目，结合骨源基因，促进了通过材料和细胞介导的联合抑制，实现了>4-log 细菌的减少。协调的感染清除和界面再生表明，感染响应性生物材料能够将内源性细胞转化为双功能治疗剂，定义了一种将感染与再生视为综合生物过程的策略.

上。

免疫和干细胞介导的细菌杀灭放大及骨重塑，用于感染清除和骨整合。受贻贝启发的涂层整合了DOPA-PFS、Mg2+和DOPA-MLT，通过金属-酚配位组装在钛植入物上，酸性感染微环境触发治疗性释放。该平台通过重新编程招募的BMSCs，使其同时分泌抗菌效应分子并执行成骨分化，从而协调感染清除与骨再生，实现从被动药物输送到主动细胞重编程的转变。

智能仿生pH响应多功能涂层系统的设计与表征。(a) DOPA-PFS和DOPA-MLT肽的化学结构，显示DOPA基团和功能区域。(b) 镁介导的钛基底表面改性过程的示意图。(c,d) DOPA-PFS和DOPA-MLT的HPLC色谱图，显示纯度超过95%，保留时间分别为9.083和11.625分钟。(e) 原子力显微镜（AFM）各改性组的形貌图：对照组、DP、DPMg、DP@DM和DPMg@DM。(f) 表面粗糙度定量分析（每组n = 3）。(g,h) 水接触角测量及定量分析显示疏水性降低（每组n = 3）。(i) XPS全谱确认表面改性。(j) 高分辨率XPS N 1s光谱。(k) 紫外-可见吸收光谱显示金属-酚配位。(l) DOPA-PFS涂层在DMEM中的稳定性。(m) DMEM中pH响应的镁离子释放动力学（pH 5.5、6.5和7.4，每组n = 3）。数据表示：平均值 ± 标准差。统计学方法：单因素方差分析（ANOVA）与Tukey检验，****p < 0.0001。

总结

这是一项关于骨科植入物感染与骨整合难题的创新研究。针对植入物感染后局部微环境酸化、骨髓间充质干细胞被排斥且功能抑制的问题，研究团队设计了一种pH响应的仿生涂层。该涂层通过金属-酚配位作用，将抗菌肽（DOPA-MLT）、镁离子和干细胞招募肽（DOPA-PFS）共同组装在钛植入物表面。在感染导致的酸性环境下，涂层会按需释放抗菌成分杀灭细菌，同时镁离子能诱导巨噬细胞向促再生的M2表型极化，并激活Wnt/β-catenin信号通路。令人意外的是，被招募来的干细胞不仅执行成骨分化功能，还展现出内在的抗菌能力，相当于被“重编程”为兼具杀菌与成骨双重作用的治疗细胞。

在MRSA感染的大鼠股骨模型中，该涂层实现了大于4-log的细菌清除率，界面骨体积较对照组增加了280%。这种“化被动保护为主动激活”的策略，将传统上被视为“脆弱需要保护”的干细胞，转变为能够主动参与抗感染和组织修复的双功能效应细胞。该研究不仅为骨科植入物感染提供了一种新的治疗思路，更启示我们：未来的生物材料或许不应只是被动地释放药物，而是可以通过精准调控内源性细胞的信号网络，唤醒它们自身的治疗潜能，实现感染清除与组织再生的协同。

参考文献：

DOI: 10.1002/adma.72941