近日，西北工业大学医学研究院袁璋副教授在医用钛/钛合金植入体抗菌/促成骨表界面改性领域取得突破，相关成果以“Polydopamine-Mediated Interfacial Functionalization of Implants for Accelerating Infected Bone Repair through Light-Activatable Antibiosis and Carbon Monoxide Gas Regulated Macrophage Polarization”发表在国际顶级期刊Advanced Functional Materials（IF:18.808）上 (DOI: 10.1002/adfm.202200374.)。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202200374
以温敏CO气体前药装载的MPDA纳米颗粒为基础对钛植入体进行界面工程化，并进一步修饰生物相容性的RGD多肽，构建用于改善感染微环境的光控CO气体释放型功能界面。具体地，界面在近红外光照射下，通过光热效应实现 CO 气体的按需释放，通过 CO 气体/低温光热协同效应实现高效杀菌作用（阶段 1）；细菌清除后，光控释放的 CO 气体通过激活血红素氧合酶（HO-1），同时抑制p38 MAPK和NFκB（p50/p65）炎症相关信号通路而发挥抗炎作用（阶段 2）；进一步通过JAK-STAT信号通路激活巨噬细胞向抗炎 M2 型极化，进一步抑制炎症反应，同时分泌大量生长因子诱导BMSCs成骨分化，最终加速骨损伤修复（阶段 3）。
实验结果表明，所构建的植入体在NIR照射下，有效清除周围组织残留的细菌，从而降低中性粒细胞浸润水平，减弱促炎因子的分泌；此外，通过植入体周围骨组织的CD86（M1 marker）和CD206（M2 marker）免疫荧光染色发现，CO释放植入体周围有大量的F4/80+/CD206+的巨噬细胞，表明CO气体释放促进植入体周围巨噬细胞M2型极化，进一步促进了植入体周围的骨修复。该研究不仅证实了CO气体协同光热治疗对抗植入体相关感染的潜力，而且首次揭示了CO气体信号在炎症反应-免疫调控-成骨分化级联效应中的作用规律。虽然本研究仍局限于小动物模型，但它为理解巨噬细胞表型重编程在异常炎症条件下骨修复中的重要性提供了有价值的信息，也为CO气体治疗的生物医学应用提供了新的见解。
本论文的第一作者为袁璋副教授，第二作者为医学研究院2021级硕士生吴建双，戴亮亮副教授、蔡开勇教授（重庆大学）为共同通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基等项目的支持。
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