本研究针对感染性骨缺损治疗中“先控感染、再重建骨”的两阶段临床难题，设计了一种具有时序功能调控能力的工程化聚氨基酸水凝胶系统。该研究通过开环聚合制备了热敏性聚氨基酸水凝胶，并创新性地通过不同加载方式实现了万古霉素的早期快速释放和BMP-2肽段的延迟释放，使材料功能与临床治疗的时序需求相匹配。

体外实验表明，该水凝胶具有良好的生物相容性、抗菌活性和促成骨分化能力。动物实验进一步证实，该水凝胶能在感染性骨缺损模型中同步实现感染控制和新骨形成，为复杂骨缺损的一期重建提供了新的解决方案。

创新点

01

“加载方式决定时序功能”的设计理念

研究团队通过物理混入法实现万古霉素的早期快速释放，通过Michael加成共价接枝实现BMP-2肽段的延迟释放，使水凝胶的功能释放时序与临床需求高度匹配。

02

分子机制明确

研究证实共价接枝的BMP-2肽段能激活BMSC中的Smad1/5/8-Runx2信号轴，促进成骨分化，为水凝胶的成骨活性提供了分子层面的解释。

03

材料性能一体化设计

水凝胶具有约100μm的互连多孔网络、约0.3MPa的抗压强度和约2.3kPa的骨界面黏附力，确保了材料在缺损部位的稳定驻留和细胞/药物传递功能。

图文导图

材料开发

研究以maleimide-mPEG为引发剂，通过对L-Ala-NCA与L-Phe-NCA进行开环聚合得到mPEG-P(Ala-co-Phe)热敏水凝胶。万古霉素通过物理混入法加载，而BMP-2肽段通过其末端半胱氨酸巯基与水凝胶端基进行Michael加成反应实现共价接枝。

功能

该水凝胶的温度响应特性使其能在4℃为液态便于注射，在37℃体温环境下转变为凝胶态，完美贴合临床应用场景。双模块按3:1比例复配形成的工程化双功能水凝胶，在体外表现出先抗菌后成骨的时序功能特征。

原文来源

期刊名称：Theranostics

发布日期：2026年1月1日

DOI：10.7150/thno.121585

研发团队：吉林大学第二医院骨科医疗中心Dankai Wu团队