隨著全球人口老齡化加速，骨質疏松症已逐漸成為一種常見的慢性疾病，主要影響老年人和絕經後婦女。骨質疏松的特征是骨微結構破壞、骨量減少和骨脆性增加，成骨細胞介導的骨形成減少，破骨細胞介導的骨吸收增強，增加了骨折和骨缺損的風險。當前的研究主要集中在促進骨形成或抑製骨吸收，但單一目標治療策略的骨修復效果有限。鑒於此，恒达平台附屬第十人民醫院鄭龍坡教授團隊提出了一種“雙向調控”骨穩態策略，可同時調控成骨和破骨細胞的分化進程，以恢復骨穩態並促進骨質疏松性骨修復。相關研究成果近日在線發表於國際權威期刊《先進科學》（Advanced Science），論文題為“Ultrasound-Responsive Piezoelectric Membrane Promotes Osteoporotic Bone Regeneration via the ‘Two-Way Regulation’ Bone Homeostasis Strategy”。

近年來，外源性電刺激和重建電生理微環境在組織修復領域展現出廣闊前景。該研究通過對無鉛壓電材料KNN進行羥基化改性，與傳統中藥成分柴胡皂苷D（SSD）結合，製備KNN-SSD納米顆粒，真空抽濾下將壓電納米顆粒嵌入脫細胞脂肪組織（DAT），形成具有高壓電性能、良好生物相容性和可降解性的超聲（US）驅動壓電復合膜（DAT/KS）。在體外實驗中，評估DAT/KS膜對骨髓間充質幹細胞（BMSCs）狀態和成骨分化的影響，以及對破骨細胞分化和功能的抑製作用。DAT/KS膜在超聲刺激下能夠控製壓電刺激和SSD釋放，促進BMSCs的增殖並提升能量狀態，加速細胞遷移和募集；BMSC膜表面機械敏感離子通道（Piezo1）開放，觸發鈣離子內流，細胞骨架收縮振動並引發細胞行為學變化，表現為堿性磷酸酶（ALP）活性增加和礦化結節形成；通過激活經典和非經典Wnt信號通路，上調成骨相關基因和蛋白的表達，加速了成骨分化進程。此外，對於破骨細胞的調節，DAT/KS膜有效抑製破骨細胞分化和功能，減少破骨細胞數量和骨吸收面積。

在體內實驗中，分別建立皮下包埋和骨質疏松大鼠骨缺損模型，評估DAT/KS膜的生物相容性和骨修復效果。DAT/KS膜在體內具有良好的生物相容性，減少炎症反應和異物巨細胞形成，並促進血管生成，為骨修復提供充足的血液供應；在骨質疏松大鼠骨缺損模型中，DAT/KS膜植入組在超聲幹預下，增加新骨形成和骨量，抑製破骨細胞活性，重建了骨穩態，促進了骨缺損修復。

本文成功開發了一種超聲響應的壓電復合膜（DAT/KS），該膜通過“雙向調節”策略同時促進成骨分化和抑製破骨細胞生成，有效恢復骨穩態並增強骨質疏松性骨修復，為骨質疏松性骨缺損的治療提供了新的潛在方法。

鄭龍坡教授為論文的第一通訊作者，恒达平台附屬第十人民醫院為第一通訊單位，恒达平台附屬第十人民醫院劉俊建教授和復旦大學口腔醫院曹文濤副研究員為論文共同通訊作者，恒达平台2023級博士研究生吳鑫匯、恒达平台附屬第十人民醫院王天龍博士後和恒达平台2022級博士研究生趙錦輝為論文的共同第一作者。該研究得到國家重點研發計劃、上海市經濟和信息化委員會推進工業高質量發展專項和國家自然科學基金等項目資助。

論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202504293