本研究聚焦植入物相关感染场景下骨组织修复的实际需求，设计并构建了一种基于聚（N-丙基前泌内酯）（PNVCL）的热响应抗生素载水凝胶体系。该水凝胶作为兼具多重功能的平台材料，实现了温度触发凝胶化、四环素类抗生素受控释放与成骨支持的协同效应，可同时解决植入物相关感染与骨组织修复的核心问题。研究通过多维度生物评价体系验证了材料的生物相容性、理化特性及生物功能，证实该水凝胶不仅具备强效抗菌活性，可应对复杂多微生物感染问题，还能维持骨修复相关细胞的存活能力，在感染相关炎症环境中保持结构完整性与药物释放特性，最终可有效调控感染相关菌群结构并促进骨组织新生与骨成熟，展现出明确的抗菌与骨生成双重功能，为植入物相关感染背景下的骨组织修复提供了新型材料解决方案。本综述针对骨软骨组织异质性引发的再生修复困境，以间充质干细胞与生物材料支架结合的组织工程体系为核心，阐明生物物理信号对干细胞命运的调控机制，系统总结机械生物学导向下仿生微环境支架的设计进展，实现间充质干细胞谱系特异性分化的精准调控，为分层骨软骨再生尤其是软骨下骨的再生修复提供理论支撑与设计参考。

01研究背景

植入物相关感染是骨组织修复与植入应用中面临的关键挑战，此类感染不仅会破坏植入区域的微环境，还会阻碍骨组织的正常修复与再生过程。现有生物材料在应对该问题时存在明显局限，单一材料体系难以同时实现局部持续抗菌活性维持、组织修复支持以及适配植入场景的多种理化特性（如热响应凝胶化、强界面附着力、可注射性、缓慢降解等）。因此，开发一种能够兼顾抗菌功能与骨组织修复功能，且具备优异理化特性的新型生物材料，成为解决植入物相关感染背景下骨修复难题的核心研究方向。腱骨过渡组织拥有高度特化的胞外基质结构，核心特征为胶原蛋白的层级排列与矿物组成的梯度化，该结构体系可实现稳定的力传递，并对空间组织的细胞表型起到定向引导作用。现阶段，无法精准重现腱骨界面复杂的多尺度结构与组成梯度，成为阻碍软硬组织界面整合再生的关键瓶颈，亟需开发贴合天然结构特征的仿生基质构建方案。
02主要内容
本研究的核心内容为构建PNVCL基热响应水凝胶体系，将其设计为双重功能平台以适配植入物相关感染下的骨修复需求。该水凝胶以PNVCL为网络骨架，通过分子设计赋予其生理温度下快速溶胶-凝胶转变的热响应特性，同时具备对潮湿表面的强附着力、可注射至狭窄植入几何结构的适配性、高溶胀能力、缓慢降解特性以及稳定的药物释放能力，这些特性的整合实现了单一水凝胶系统中多重功能的协同。水凝胶负载四环素类抗生素后，可实现抗生素的受控释放，结合PNVCL网络的热响应与降解特性，形成“抗菌-成骨”双功能体系，既通过抗生素释放实现抗菌效果，又依托材料自身的成骨支持特性促进骨组织修复。
03研究设计
为全面验证水凝胶的性能与功能，研究采用分层式生物评价框架开展多维度研究： 1. 基础性能评价：开展水凝胶的受控物理化学分析，明确其热响应凝胶化、界面附着力、可注射性、溶胀能力、降解速率及药物释放特性等核心理化指标；2. 细胞水平评价：以人类牙龈成纤维细胞为研究对象，进行细胞相容性测定，验证材料在感染相关炎症条件下对细胞存活能力的影响；3. 抗菌与骨修复相关功能评价：针对复杂多微生物生物膜开展抗菌活性检测，同时结合人体原位模型与体内多物种感染模型，重点评估材料对骨组织新生、骨成熟的调控作用，以及对感染相关菌群结构的影响。
04结果
1. 理化特性结果：PNVCL水凝胶体系成功实现了生理温度下快速溶胶-凝胶转变，对潮湿表面展现出强附着力，可适配狭窄植入几何结构的注射需求，同时具备高溶胀能力与缓慢降解特性，且药物释放过程稳定，未出现突释等异常现象，各项理化特性均满足骨修复与抗菌的应用需求；2. 细胞水平结果：PNVCL–四环素水凝胶对人类牙龈成纤维细胞无明显毒性，可维持细胞存活能力，即便在感染相关的炎症条件下，水凝胶仍能保持自身结构完整性，且药物释放特性未受显著影响，具备良好的生物相容性；3. 体内功能结果：在体内模型中，该水凝胶可有效降低感染区域的细菌负荷，同时调控致病群落的结构组成，减少感染对骨修复的抑制作用；此外，水凝胶可显著促进骨组织新生过程，提升骨组织的成熟度，证实其具备优异的抗菌活性与骨生成功能，实现了双重功能的协同发挥。
05思路延伸
1. 材料设计维度：可基于PNVCL的分子结构特性，进一步优化水凝胶的热响应温度区间、降解速率与药物释放动力学，使其更适配不同骨修复场景的微环境需求；同时可探索复合其他生物活性因子的可能性，进一步强化水凝胶的骨修复功能；2. 骨修复应用维度：围绕骨组织工程的核心需求，深入研究该水凝胶在骨缺损修复过程中的作用机制，明确其对骨细胞增殖、分化及骨基质合成的调控规律，为骨修复材料的开发提供理论支撑；3. 感染控制维度：针对复杂骨植入相关感染的微环境特征，拓展水凝胶的抗菌谱适配性，探索其对多菌种混合感染的调控机制，为感染背景下的骨修复材料设计提供新思路。
原文来源：
1. 期刊：Bioactive Materials2. 发表日期（Pub Date）：2026-03-043. 文献DOI：10.1016/j.bioactmat.2026.02.0444. 作者：Caroline Dini、Stéfany Barbosa Alves da Cruz、Rodolfo D. Piazza、Bruna E. Nagay、Rodrigo F.C. Marques、Renato C.V. Casarin、Fang Yang、Magda Feres、Jet Liu、Batbileg Bor、Edilson Ervolino、Liqun Xu、Erica D. de Avila、Leonardo P. Faverani、João Gabriel S. Souza、Jeroen JJP. van den Beucken、Valentim A.R. Barão