在骨科领域，大型骨缺损修复仍是重大挑战，传统骨替代材料存在供应有限、结构不兼容等问题。因此，开发新型促进骨修复的生物材料具有重要意义。本研究提出一种基于明胶/海藻酸盐双网络水凝胶支架（Gel/AlgMA）的复合材料，通过负载铈金属−有机框架材料（Ce-UiO-66）和白藜芦醇（Res），调控骨缺损局部微环境中的氧化应激。Ce-UiO-66中的铈离子在多价状态下表现出优异的抗氧化性能，能够清除过量活性氧（ROS），改善线粒体功能，并通过聚多巴胺（PDA）涂层增强稳定性。该Gel/Alg@Ce-Res/PDA复合支架采用光聚合法制备，其体外生物相容性及抗氧化性能。研究人员评估了该复合材料的成骨潜力。实验结果表明，该支架能有效清除活性氧（ROS），缓解氧化应激，并促进成骨细胞的增殖与分化。此外，体内实验进一步证实了Gel/Alg@Ce-Res/PDA支架在骨缺损修复中的显著疗效。本研究为骨缺损治疗提供了创新性生物材料设计方案，展现出广阔临床应用前景。

图1.(A)Ce-UiO-66-NH2和Gel/Alg@Ce-Res/PDA的制备。(B)示意图显示Gel/Alg@Ce-Res/PDA促进骨缺损修复的作用机制

上图为西西智研制作

图2.Ce@Res/PDA纳米酶的形态与功能表征。(A)Ce-UiO-66和Ce@Res/PDA的透射电镜图像。（iii）Ce@Res/PDA高倍透射电镜图像。(B)Ce-UiO-66的能谱分析图。(C)Ce-UiO-66和Ce@Res/PDA的扫描电镜图像。(D)Ce@Res/PDA的能谱分析图。(E)Ce-UiO-66、Ce@Res及Ce@Res/PDA的粒径动态光散射表征。(F)Ce-UiO-66、Ce@Res及Ce@Res/PDA的ζ电位曲线。(G)Ce 3d电子态的全XPS分析，(H)Ce 3d电子态的高分辨率XPS谱图

图3.(A)可流动复合生物墨水经光交联转化为混凝土水凝胶。(B)凝胶/藻酸盐-铈@Res/PDA复合材料的粘附性能照片。(C)可注射复合水凝胶展现出可塑形能力。(D)通过扫描电镜（SEM）观测到的(i)凝胶/藻酸甲酯和（ii）凝胶/藻酸盐-铈@Res/PDA的超微结构。(E)对应原子力显微镜（AFM）图像。(F)水凝胶应力−应变曲线及(G)压缩模量。(H)水凝胶流变学分析结果

图4.(A)DCFH-DA探针检测细胞内总活性氧（ROS）的荧光图像。(B)MitoSOX和MitoTracker探针检测线粒体活性氧（mtROS）的荧光图像。(C)线粒体膜电位的荧光分析结果。(D)骨髓间充质干细胞（BMSCs）中NRF2的免疫荧光染色分析。(E)骨髓间充质干细胞线粒体的生物透射电镜（BioTEM）成像。(F)不同实验组中NQO1、CAT、SOD和HO-1表达水平的蛋白质印迹分析

图5.(A)骨髓间充质干细胞中TNF-α的免疫荧光分析。(B)骨髓间充质干细胞中IL-1β的免疫荧光分析

图6.(A)不同组别骨髓间充质干细胞（BMSCs）的ALP染色分析。(B)不同组别骨髓间充质干细胞（BMSCs）的ARS染色分析。(C)骨髓间充质干细胞（BMSCs）中RUNX2的免疫荧光分析。(D)骨髓间充质干细胞（BMSCs）中NRF2的免疫荧光分析

图7.凝胶/藻酸盐-Ce@Res/PDA促进体内骨再生。(A)术后微CT三维图像。(B)骨体积分数/BV、骨小梁厚度（Tb.th）、松质骨厚度（TB.sp）的定量分析。(C) HE染色及(D) Masson染色显示骨缺损区域

图8.(A) OPN、(B)氰酸盐和(C) TGF-β在2周和4周时的免疫荧光图像

本研究成功开发出一种基于天然生物相容性材料的复合水凝胶支架（Gel/Alg@Ce-Res/PDA），旨在解决骨缺损治疗中的氧化应激问题。该支架通过清除活性氧（ROS）和调控线粒体功能促进骨修复。Gel/Alg@Ce-Res/PDA支架通过铈金属有机框架材料（Ce-MOF）和Res的双重抗氧化调节，实现了显著的骨修复效果。其中，Ce-UiO- 66中的Ce3+/Ce4+氧化还原体系模拟SOD/CAT酶级联反应中和ROS，而Res则通过激活Nrf2通路抑制炎症并增强内源性抗氧化防御。PDA涂层介导的铈离子与Res的持续释放，确保了氧化微环境的长期调控，这对骨髓间充质干细胞（BMSC）存活和成骨至关重要。这种协同策略凸显了催化纳米材料与生物活性化合物结合在骨缺损修复中的治疗优势。体外实验表明，Gel/ Alg@Ce-Res/PDA支架在细胞生物相容性、成骨活性和抗氧化性能方面具有显著优势。具体而言，该支架能有效促进骨髓间充质干细胞（BMSC）的增殖和成骨分化。此外，支架的结构设计与生物降解特性为其在骨缺损修复中的实际应用提供了重要的理论与实验支持。进一步的动物实验显示，该复合水凝胶支架在大鼠股骨缺损模型中展现出优异的骨修复能力，显著促进了骨组织再生。综上所述，这种复合水凝胶支架具有显著的临床转化潜力，为骨缺损修复提供了创新解决方案，并为基于纳米酶和生物材料的骨修复研究开辟了新方向。

本文内容来自期刊ACS Appl. Mater. Interfaces 

，以Cerium-Organic Framework and Resveratrol Composite Hydrogel Scaffold with Dual Antioxidant Activity for Enhanced Bone Regeneration为题的文章。原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.5c01679

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