大尺寸骨缺损因无法协调炎症响应、血管生成、骨生成的连续再生过程，存在显著的修复障碍；间充质间质细胞的旁分泌信号是骨再生的重要调控因子，但其作用受早期炎症微环境与细胞自身特性的限制。本研究构建三维径向排列纳米纤维复合支架，整合羟基磷灰石纤维与载骨髓源间充质间质细胞的GelMA水凝胶，通过结构与材料功能协同强化细胞旁分泌信号，驱动免疫-血管生成-骨生成的有序转化；结合体外分子生物学分析与动物模型实验，明确支架的调控机制与骨再生促进效果，实现骨再生全过程的时序性协调调控。

大尺寸骨缺损因无法协调炎症响应、血管生成、骨生成的连续再生过程，存在显著的修复障碍；间充质间质细胞的旁分泌信号是骨再生的重要调控因子，但其作用受早期炎症微环境与细胞自身特性的限制。本研究构建三维径向排列纳米纤维复合支架，整合羟基磷灰石纤维与载骨髓源间充质间质细胞的GelMA水凝胶，通过结构与材料功能协同强化细胞旁分泌信号，驱动免疫-血管生成-骨生成的有序转化；结合体外分子生物学分析与动物模型实验，明确支架的调控机制与骨再生促进效果，实现骨再生全过程的时序性协调调控。

01研究背景大尺寸骨缺损不具备自主愈合的生理基础，难以有序完成骨再生必需的炎症调控、血管生成、骨生成等连续生理过程，是骨修复领域的核心难题。间充质间质细胞可通过旁分泌信号传导参与骨再生调控，但该类细胞在早期炎症环境中存活率较低，且自身可塑性会导致炎症消退后旁分泌活性下降，无法为骨再生全周期提供持续的信号支持，进而限制骨再生的整体效果。

大尺寸骨缺损不具备自主愈合的生理基础，难以有序完成骨再生必需的炎症调控、血管生成、骨生成等连续生理过程，是骨修复领域的核心难题。间充质间质细胞可通过旁分泌信号传导参与骨再生调控，但该类细胞在早期炎症环境中存活率较低，且自身可塑性会导致炎症消退后旁分泌活性下降，无法为骨再生全周期提供持续的信号支持，进而限制骨再生的整体效果。

02主要内容

本研究开发搭载骨髓源间充质间质细胞的三维径向排列纳米纤维复合支架，探究支架拓扑结构与材料组分对细胞活性、驻留性及旁分泌功能的调控作用；分析支架对免疫-血管生成-骨生成转化进程的调控效应；通过体外代谢组学与转录组学检测，解析支架调控细胞增殖及成骨定向分化的分子通路；借助动物模型验证复合支架对早期炎症的缓解作用及骨再生的促进效果。

03研究设计

构建三维径向排列纳米纤维平台，将羟基磷灰石纤维与包裹骨髓源间充质间质细胞的GelMA水凝胶复合，制备多功能骨再生支架；利用径向拓扑结构促进细胞早期向心浸润，依托GelMA水凝胶维持细胞活性与驻留能力，通过羟基磷灰石强化细胞旁分泌输出并提供骨传导信号；采用代谢组学与转录组学分析，明确甘油磷脂代谢、PI3K/Akt信号通路的调控作用；构建大鼠皮下植入模型与临界颅骨缺损模型，评估支架的炎症调控与骨再生能力。

04结果

三维径向复合支架的径向结构可有效促进细胞早期向心浸润，GelMA水凝胶能维持骨髓源间充质间质细胞的活性与驻留性，延长旁分泌信号释放周期，羟基磷灰石可增强细胞旁分泌输出并提供持续骨导线索，三者协同加速免疫-血管生成-骨生成的转化进程。体外分子检测显示，甘油磷脂代谢上调可支持细胞早期增殖，PI3K/Akt信号通路激活可驱动细胞成骨定向分化。动物模型实验证实，该支架可有效减轻早期炎症反应，显著提升骨再生效果，实现骨再生过程的时序性协调调节。

05思路延伸

基于拓扑结构、生物材料与细胞功能协同的支架设计策略，为骨组织工程功能性支架的研发提供实验与理论支撑；以细胞旁分泌调控为核心、结合再生时序协调的研究思路，可拓展至骨再生微环境优化、细胞功能定向调控等研究方向；针对骨再生连续生理过程的协同调控模式，为骨修复材料的功能化设计提供新的研究思路。

原文来源：

1. 期刊：Bioactive Materials

2. 发表时间：2026-03-06

3. DOI：10.1016/j.bioactmat.2026.02.059

4. 作者：Lei Fang、Min He、Tao Zhang、Bowen Gong、Li Ruan、Jichuan Qiu、Jiajia Xue、Feng Tian