《Biomaterials》用于颅面骨再生的功能性氧化铁纳米颗粒交联水凝胶

大家好，今天跟大家一篇来自华西口腔医院Jinfeng Liao教授团队于2025-10-11发表的研究：

目前颅面骨缺损修复中传统水凝胶难以平衡机械强度与生物活性的科学问题因此亟需一种可以全面解决上述问题的用于颅颌面颌骨再生的水凝胶系统。

本研究的主要亮点包括：

★ 通过乙烯基功能化氧化铁纳米颗粒（MPS-Fe₂O₃）与GelMA水凝胶的共价交联，解决了传统物理混合或化学交联方法中纳米颗粒分布不均、机械性能不足的问题。该设计显著提升了水凝胶的机械强度和结构稳定性。

★Fe₂O₃纳米颗粒在酸性微环境中可控释放铁离子，激活HIF-1α/VEGF等信号通路，同步促进骨髓间充质干细胞的成骨分化和内皮细胞的血管生成。

【摘要】

颅面骨缺损可由事故、疾病或遗传因素引起，严重影响患者的面部功能与外观。临床治疗方法如自体移植、异体移植和人工植入物面临二次手术、免疫排斥等挑战。水凝胶作为有前景的再生生物材料，虽具有良好生物相容性和三维结构支持，但传统水凝胶往往难以同时提供机械强度和骨再生所需的生物活性信号。

本研究报道了一种由乙烯基涂层氧化铁纳米颗粒共价交联的甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶。在该系统中，纳米颗粒作为结构枢纽增强聚合物网络，实现了机械与生物性能的协同调控，并赋予铁独特的生物功能。与常规交联水凝胶相比，纳米颗粒交联水凝胶表现出更优的机械性能和骨诱导能力，在保持优异生物相容性的同时提高了刚度。

得益于氧化铁对血管生成和成骨诱导的积极作用，该复合水凝胶能促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的体外成骨分化和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的血管生成。在大鼠颅缺陷实验中，氧化铁纳米颗粒交联水凝胶增强了血管结构再生和骨组织再生，显著加速新骨形成。

本研究为骨组织工程中金属氧化物纳米颗粒交联水凝胶的设计提供了新思路，为颅面骨修复提供了一种高效安全的新策略。

本研究成功开发了一种柠檬酸盐和乙烯基硅烷（MPS）修饰Fe 2 O 3 纳米颗粒+交联 GelMA 杂化水凝胶，来解决目前颅面骨缺损修复的局限性。通过将碳-碳双键改性 Fe2O3 纳米颗粒交联 到 GelMA 水凝胶网络中，Fe2O3/GelMA 的机械强度和稳定性表现出显著改善 。 对 Fe 2 O 3 /GelMA 水凝胶的机械性能、细胞相容性和血管生成潜力的综合评估证实，该生物材料支持成骨细胞增殖和分化，促进骨基质沉积，增强血管化。

来源：Oral大师兄