中国科大联合研究团队利用等离子体技术在骨植入材料领域取得新进展

骨科感染的治疗和骨骼功能的恢复是现代医学领域面临的重大挑战，世界卫生组织（WHO）报告显示，全球每年约有150万严重骨感染病例。传统临床实践中长期使用抗生素可能导致抗微生物耐药性（AMR）的增加，而生物膜引发的炎症反应也会阻碍组织愈合的过程，使骨科感染治疗尤为棘手。

近日，中国科学技术大学先进技术研究院与核科学技术学院联合中南大学湘雅三医院利用等离子体浸没离子注入（PIII）技术成功制备了含有钴元素的钛基骨植入物，这类植入物在无需摄入外源性重组蛋白或抗生素的条件下，依然具有降低感染并加速骨修复的功能，为骨骼疾病提供了潜在的治疗方案。此成果以“A Multifunctional Cobalt-Containing Implant for Treating Biofilm Infections and Promoting Osteointegration in Infected Bone Defects Through Macrophage-Mediated Immunomodulation”为题，发表在《Advanced Science》上（DOI：10.1002/advs.202409200）。

图1. Co- Ti共承载钛设计的复杂系统以促进病变骨缺损的再生

研究团队通过等离子体浸没离子注入技术实现了一步式制备含钴元素的钛基植入物。这些植入物具有出色的生物物理适应性，能够调节免疫功能，促进感染性骨缺损的愈合与组织再生。研究表明此类植入物有效地破坏了细菌生物膜的形成，以耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）为例，其粘附率降低了80%以上，展现出显著的抗菌活性。研究发现，这种新材料促使巨噬细胞转变为有助于组织愈合的M2型表型，形成了有益于骨骼重建的免疫微环境，并表现出降低TRAP酶活性的倾向。研究分析了钴元素如何通过影响骨免疫反应，引导骨髓间充质干细胞（BMSCs）向成骨方向分化，为发展骨修复材料提供了强有力的实验证据。本研究获得的基因组学数据揭示了潜在的mTOR-Sema6d-PPAR��通路，识别该通路为从分子维度理解材料调节巨噬细胞极化提供了支持，验证了含钴钛合金材料在骨修复与免疫调节方面的治疗潜力。

图2. Co-Ti有效消除MRSA生物膜

论文的第一作者为中国科学技术大学先进技术研究院硕士研究生晏侬洋与中南大学湘雅医学院博士研究生周豪；共同通讯作者为中国科学技术大学先进技术研究院吴征威研究员和中南大学湘雅医学院邓幼文教授。该工作得到了安徽省蚌埠市、禹会区及湖南省的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202409200