科学网—SMMF|上海市第六人民医院韩培：纳米MgO/PMMA无抗生素骨水泥优化诱导膜技术治疗感染性骨缺损
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2026-4-16 10:34
| 系统分类: 科研笔记
感染性骨缺损修复受生物膜耐药、免疫微环境紊乱制约，传统诱导膜技术用 PMMA spacer 存在抗菌性缺失等缺陷。本研究构建纳米 MgO/PMMA 复合骨水泥，实现 Mg²⁺持续释放与双相免疫调控。该材料早期通过 ROS 介导抗菌并激活 M1 巨噬细胞清菌，后期经 Mg²⁺诱导 M2 极化促炎症消退与骨再生，体内外实验结合单细胞测序验证其可优化诱导膜形成微环境，为感染性骨缺损提供无抗生素新策略。
01研究内容简介
感染性骨缺损是骨科临床修复的重大挑战，细菌生物膜持续存在、局部免疫微环境紊乱的问题，导致骨修复进程严重受阻；经典诱导膜技术中所用的 PMMA 间隔器缺乏固有抗菌活性，易发生细菌定植形成生物膜，而载抗生素 PMMA 又存在药物突释、诱导细菌耐药性等弊端，难以适配感染性骨缺损的修复需求。本研究围绕这一临床痛点，将纳米 MgO 掺入 PMMA 骨水泥构建复合体系，依托纳米 MgO 的特性实现材料的 Mg²⁺持续可控释放，打造出适配诱导膜技术的无抗生素骨水泥。该材料通过独特的双相调控机制发挥作用，早期利用纳米 MgO 诱导产生的 ROS 直接破坏细菌细胞膜、清除生物膜，同时激活巨噬细胞 M1 极化，强化先天免疫应答以高效清除病原体；后期随材料降解缓慢释放的 Mg²⁺，驱动巨噬细胞向 M2 型极化，促进局部炎症消退，为骨再生和高质量诱导膜形成营造适宜的免疫微环境。研究通过体外抗菌、细胞功能实验，结合小鼠皮下感染、大鼠股骨髁感染性骨缺损模型，验证了该复合骨水泥的抗菌效能与骨修复能力，更借助单细胞 RNA 测序解析了其调控诱导膜周围免疫微环境的分子机制，证实其可实现从早期促炎到后期修复的免疫通路时序性转变，有效优化诱导膜技术在感染性骨缺损中的应用效果。研究意义1. 突破传统PMMA 间隔器在感染性骨缺损诱导膜技术中的应用局限，实现抗菌、免疫调控与诱导膜高质量形成的功能协同，为该技术的临床优化提供了新型无抗生素材料支撑。2. 构建了纳米MgO 介导的双相免疫调控骨水泥体系，揭示了其调控植入物周围免疫微环境、协同实现感染控制与骨再生的分子机制，为智能生物医用复合材料的设计制造提供实验依据。3. 开发了感染性骨缺损修复的无抗生素治疗新策略，规避了抗生素使用引发的药物突释、细菌耐药等临床问题，为骨科难治性感染缺损的临床治疗提供了全新思路。 02论文第一/通讯作者简介
韩培教授，为上海市第六人民医院骨科主任医师、博士生导师，骨关节感染组组长，深耕骨感染、骨软组缺损修复临床及科研工作多年，擅长诱导膜技术、显微外科、牵张成骨等手段诊治骨感染、骨缺损等骨科难题。其科研方向聚焦骨感染机制、诱导膜技术优化及医用生物材料研发，以第一 / 通讯作者在Bioactive Materials、Biomaterials、ACS Nano等顶级期刊发表 SCI 论文 150 余篇，授权多项发明专利，研究成果获上海市科技进步一等奖、华夏医学科技一等奖等重要奖项；同时担任中国医师协会骨科分会显微修复工作组委员、外固定与肢体修复工作组下肢及重建学组委员，中国康复医学会修复重建外科专业委员会再植再造学组委员兼秘书，上海市中西医结合学会骨伤专科委员会委员等多项学术职务。 03资助信息
This work was supported by grants from the Science and Technology Commission of Shanghai Municipality (No.22ZR1447500) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (No. 2232024D-34). 04原文信息
WeijieCai, Juan Xie, Zun Ren, Yu Lu, Jirui Jiang, Yi Zhang, Xiaohua Chen, Hao Shen, Wenhui Wang, Jun Yan, Xiaonong Zhang, Pei Han.Nano-MgO/PMMA bone cement with dual-phase anti-infection and immunomodulatory properties for infected bone regeneration. Smart Materials in Manufacturing Volume 4, 2026, 100133. 05原文链接
https://doi.org/10.1016/j.smmf.2026.100133
06期刊简介
Smart Materials in Manufacturing (SMMF) 是一本跨学科的开放获取型国际期刊。期刊主要关注最新型嵌入式功能材料的制造、加工及创新，聚焦现有及最前沿的处理新型材料及系统的制造技术。期刊主编由RMIT University的Cuie Wen教授担任。
SMMF主要刊发原创研究论文、权威评论和最前沿的研究理论及观点。涉及研究领域包括但不限于结构层次、仿生学、受控相位形成、结构适应性、形状记忆和变形能力、刺激响应、针对目标应用、传感和驱动的改进和定制特性。
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