2026.Jan

　　文献解读

　　Science Translational Medicine

　　当矿化不再追求“更硬”：矿化胶原在骨-软骨界面再生中的新逻辑

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　　新发研究

　　聚焦

　　仿生矿化胶原支架

　　2025年12月，浙江大学团队在 Science 杂志子刊 Science Translational Medicine 发表了一项以仿生矿化胶原为切入点的研究，将目光投向长期困扰骨科领域的肌腱/韧带—骨附着点修复难题。

　　众所周知，附着点是连接软组织和骨的纤维软骨过渡带，对关节运动至关重要，但受伤后几乎不具备自我再生能力。【1】临床上通常采用缝合锚重新附着软组织于骨面，但愈合后往往缺失正常的纤维软骨过渡结构，软硬组织硬性连接导致应力集中，使返修率居高不下（有研究报告高达94%的再断裂率）。【1】

　　因此如何重建功能性纤维软骨界面是骨科长期未解的挑战。该研究能够登上Science子刊，正是因为作者提供了一个“矿化”新视角：通过调控矿化程度来引导附着点再生，从材料设计到生物学响应均有突破性的洞见。

　　矿化程度的窗口：

　　仿生矿化结构与“并非越多越好”

　　研究团队首先利用聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）等先进技术，对人和动物肌腱/韧带—骨附着点的纳米结构进行了“解码”。他们以2~3纳米的超高分辨率观察到：在纤维软骨层中，矿物质（主要是钙磷矿物）并非均匀填充，而是形成了在纤维软骨层中不连续的分布。【1】从肌腱到骨，矿物成分呈现出由无到有、逐步增加的分布：肌腱几乎不含矿物，纤维软骨中部分矿化，而骨组织中矿物最为丰富。观察到从肌腱到骨骼区域的Ca（钙）和P（磷）浓度在渐进增加，呈现出介于软组织和硬骨之间的梯度矿化结构。【1】

　　图自【1】

　　基于这一发现，研究人员采用仿生矿化技术制备出一系列矿化胶原支架，并精确调控无机成分含量，分别是纯胶原（COL1，无矿化），矿化约33%，矿化达61%，分别模拟肌腱、纤维软骨和骨三种区域。【1】由此验证矿化梯度对细胞和组织的影响：结果发现矿化并非越高越好，而是存在最佳窗口。

　　33% 无机含量的支架在细胞实验中诱导出了最明显的纤维软骨分化倾向：与无矿化的纯胶原层和高矿化的61%层相比，33%组上调了最高的软骨相关基因表达（如SOX9等），而66% 无机含量的支架的则更多诱导骨相关基因（如RUNX2）；生物信息分析亦显示，随矿化率从0增加到33%时软骨分化信号达到峰值，继续提高至61%反而下降，而骨分化信号则持续增强。【1】所以矿化程度存在“生物学窗口”，过低则趋向纤维性愈合，过高则过早骨化，只有适中水平才能有效诱导纤维软骨再生 。

　　图自【1】

　　更重要的是，在多种动物模型中，33%矿化的仿生胶原支架都展现出显著优于其它材料的界面修复效果。【1】小鼠、大鼠、兔和山羊的损伤模型中植入该支架后，新生纤维软骨组织明显增加；例如在兔膝关节模型中，33%矿化支架促使纤维软骨层宽度恢复到了正常的82%，为对照材料的两倍以上。【2】

　　图自【1】

　　矿化胶原的再发现：

　　从单一骨修复到界面组织再生

　　值得注意的是，该研究并未将矿化胶原的作用局限于传统意义上的“骨修复材料”，而是揭示了其通过调控微环境信号激活机体内源性修复程序的能力。从机制上讲，矿化胶原蛋白以矿化依赖的方式调节信号强度，这反过来又上调了Gli1的表达。【1】Gli1是软骨-骨发育过程中一个重要的信号标志，已有研究指出，Gli1标记的细胞对附着点的发育和愈合至关重要。【2】在本研究中，33%矿化支架通过提供恰当的硬度和矿物信号，吸引并激活了损伤部位的Gli1细胞。【1】由此可见，矿化支架激活了体内的修复性细胞，使其参与并加速了纤维软骨-骨过渡结构的再生。这种利用材料巧妙地调动机体自身的再生力量，为临床提供了更简便、安全的再生医学方案。

　　不止于骨：

　　矿化胶原的再生边界正在被重新定义

　　综上所述，这篇发表在Science子刊的研究为软组织界面再生提供了全新思路：材料的使命不再只是被动地“填补缺损”，而是通过调控局部微环境，主动激活机体内源性修复潜能，引导组织按照生理路径完成再生。

　　这标志着再生材料设计理念的一种转变——从单纯追求“像原生组织”，转向更精细地调控“再生过程本身”。对于医疗器械研发者而言，这意味着材料需要具备“智能”属性：不仅具备结构支撑能力，更能参与并引导组织再生。作为这一领域的积极探索者，奥精医疗也在针对骨-软组织界面修复开展相关研究，致力于开发此类梯度矿化、生物活性的支架材料，通过精细调控矿化比例和微观结构，赋予材料引导骨再生的“智慧”，为临床难题提供更优解。可以预见，随着这一思路的深化应用，我们将迈向骨科植入材料的新时代。