2025關(guān)節(jié)領(lǐng)域材料學(xué)研究進(jìn)展

2025關(guān)節(jié)領(lǐng)域材料學(xué)研究進(jìn)展損傷修復(fù)和骨關(guān)節(jié)感染防治提供了新的治療策略。本文檢索了近三年(2022-2024)PubMed收錄發(fā)表在Q1雜志的關(guān)節(jié)領(lǐng)域材料學(xué)研究面綜述最新研究進(jìn)展。的材料學(xué)最新進(jìn)展料，包括水凝膠材料、納米材料、載藥遞送系統(tǒng)以及3D打印技術(shù)等，以展示這些生物材料的最新研究進(jìn)展和潛在的臨床應(yīng)用。1.1水凝膠復(fù)合水凝膠的設(shè)計(jì)(雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠等)、生物功能化策略(整合負(fù)載生物因子)以及先進(jìn)制造技術(shù)(3D打印技術(shù))等方面，并著重于推動水相容性以及生物活性等。在一項(xiàng)研究中，通過Hofmeister效應(yīng)處理基于聚乙烯醇/聚丙烯酰胺(PVA/PAM)的雙網(wǎng)絡(luò)(DN)水凝膠，顯著些特性使其成為關(guān)節(jié)軟骨替代的可行材料1。Zheng等學(xué)者開發(fā)了一種基于明膠甲基丙烯酸酯(GelMA)和絲素蛋白(SF)的互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)復(fù)合水凝膠l2],通過紫外線照射和乙醇處理制備的GelMA/SF水凝膠在機(jī)械強(qiáng)度、生物相容性以及支持骨髓間等學(xué)者研發(fā)了另一種用于修復(fù)軟骨缺陷的絲素蛋白增強(qiáng)的雙重交聯(lián)水凝膠13,通過海藻酸鈉(SA)和絲素蛋白(SS)的結(jié)合，為軟骨損傷的原位修復(fù)提供了一種有效的解決方案。通過改變SS含量來調(diào)節(jié)水凝質(zhì)酸(HAMA)和硫酸化HAMA(SHAMA),并通過酶促交聯(lián)制備出含有生長因子(GFs)沉積的異質(zhì)顆粒水凝膠l?]。這種水凝膠顯示出增長因子(如TGFB3和PDGF-BB)的硫酸化微島指導(dǎo)細(xì)胞遷移并增強(qiáng)軟骨生成。異質(zhì)顆粒水凝膠提供了一個理想的3D環(huán)境，用于引導(dǎo)細(xì)胞遷移和分化成軟骨(圖1)。CartilageregonerationDE圖1.含有SHAMA微島的用于細(xì)胞募集的顆粒水凝膠示意圖CBA)可注射顆粒水凝膠可填充軟骨損傷處，并在原位交聯(lián)；幾天后，細(xì)胞開始沿著由負(fù)載生長因子的25%SHAMA微島產(chǎn)生的梯度遷移，并Jonathan等人則探討了水凝膠材料用于豬軟骨修復(fù)的手術(shù)固定方法融電寫技術(shù)(MEW)加固的透明質(zhì)酸水凝膠復(fù)合材料，結(jié)果顯示兩種1.2納米材料Ti3C2Tx納米片因其高導(dǎo)電性、親水性和出色的活性氧(ROS)清除能力，在治療各種與異常ROS積累相關(guān)的退行性疾病中顯示出潛力。麝香(TPL)納米粒子熱敏凝膠(TPL-NS-Gel)?],其在大鼠類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)IL-6和TNF-a水平。1.3載藥遞送系統(tǒng)(HA)的軟骨靶向納米膠束(C-HA-DOs)被開發(fā)用于持續(xù)釋放PPAR-y激動劑吡格列酮(Pioglitazone)8。這些納米膠束在體外實(shí)驗(yàn)中顯示1.43D打印技術(shù)準(zhǔn)醫(yī)療方面。Juste等人9研發(fā)了一種基于海藻酸鹽和WBPU的生物墨水(bioinks),用于3D生物打印技術(shù)制造支架。這些生物墨復(fù)合水凝膠支架的開發(fā)，為關(guān)節(jié)軟骨組織工程提供了新的解決方案3。和促進(jìn)軟骨細(xì)胞粘附、擴(kuò)散及增殖的能力。3D生物打印過程中，高海細(xì)胞外基質(zhì)的合成。此外，基于光交聯(lián)Wharton'sjelly生物墨水的3D策略。在新西蘭白兔模型中，這種替代物顯示出滿意的軟骨修復(fù)效果，證明了3D打印技術(shù)在軟骨組織工程中的應(yīng)用潛力。這些研究不僅推動te圖2.基于光交聯(lián)Wharton'sjelly生物墨水的3D生物打印軟骨模擬于剪紙(Kirigami)技術(shù)的蜘蛛絲蛋白(Fibroin)微針貼片11,被稱為Kirigami蜘蛛絲蛋白微針摩擦電納米發(fā)電機(jī)(KSM-TENG)貼片，材料、載藥遞送系統(tǒng)以及3D打印技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，為軟骨損傷的治骨關(guān)節(jié)感染防治的最新材料研究進(jìn)展用提供參考。2.1鈦基金屬改性修飾抗感染鈦基金屬因其優(yōu)異的生物相容性和機(jī)械性能而被廣泛應(yīng)用于骨科植入合金表面集成銀(Ag)[12],顯著降低了金黃色葡萄球菌的粘附，且不汀-羥基磷灰石(Sim-HA)涂層的鈦合金，該涂層能抑制細(xì)菌在鈦合金表面的粘附和生物膜形成，并提高材料的生物相容性。在大鼠模型中，Sim-HA涂層有效預(yù)防了金黃色葡萄球菌引起的IAIs,并增強(qiáng)了骨生成ss圖3.辛伐他汀-羥基磷灰石涂層鈦合金抑制細(xì)菌粘附和生物膜形成，防2.2納米材料抗感染Zhao等人開發(fā)了一種含鞣酸和銀納米顆粒改性的氧化鋅復(fù)合材料151,和治療。這種骨水泥能夠控制藥物釋放超過50天，可發(fā)揮長效殺菌活2.3無機(jī)鹽材料抗感染能而受到關(guān)注。研究表明，含硼磷酸生物活性玻璃的PMMA骨水泥具-沉淀反應(yīng)在AgNO?溶液中部分替換碳酸磷灰石(CaP)表面，以不同發(fā)了一種聚季銨鹽(QPEI)改性的去鈣骨基質(zhì)(DBM)支架(Qx-D),其對金黃色葡萄球菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出超過99.9%2.4藥物遞送系統(tǒng)抗感染藥物遞送系統(tǒng)(DDS)通過控制藥物釋放動力學(xué)，提高藥物療效，減少的修復(fù)[19。此外，克林霉素(CLD)遞送系統(tǒng)，包括陶瓷、聚合物和2.5免疫調(diào)控材料抗感染Zhang等人系統(tǒng)的探討了免疫調(diào)節(jié)生物材料在對抗細(xì)菌感染中的研究料在促進(jìn)M1和M2巨噬細(xì)胞極化、清除生物膜及細(xì)菌的能力。此外，圖4.通過調(diào)節(jié)免疫微環(huán)境，增強(qiáng)免疫細(xì)胞的抗菌能力，展現(xiàn)出在急性和慢性感染階段的應(yīng)用潛力212.6可降解金屬抗感染到關(guān)注，有望成為防治感染的新型植入物材料。鋅合金體內(nèi)降解釋放Zn2+發(fā)揮殺菌活性，研究人員在此基礎(chǔ)上添加Ag元素，進(jìn)一步提升了藥菌的殺滅效果。在一項(xiàng)研究中，Zn-0.8Li-0.5AgMRSA引起的大鼠骨髓炎方面顯示出顯著的感染控制和良好的骨量保2.7其他抗感染策略除了上述方法，還有其他一些抗感染策略，如利用生物活性鈣氫化物有助于緩解由耐藥菌引起的壓力。以及基于間充質(zhì)多巴胺(Mpd)的納米載體增強(qiáng)STING途徑激活，針對性地破壞生物膜，實(shí)現(xiàn)更好的感染控制療效24]。骨關(guān)節(jié)感染尤其是假體周圍關(guān)節(jié)感染(PJI)是關(guān)節(jié)外科的重大挑戰(zhàn)，關(guān)節(jié)假體材料的研究進(jìn)展因其優(yōu)異的生物相容性、與骨組織相近的彈性模量以及良好的耐磨性，總結(jié)與展望本文綜述了2022-2024年關(guān)節(jié)領(lǐng)域材料學(xué)的最新研究進(jìn)