由严重疾病如创伤、感染和肿瘤引起的各种类型的骨缺陷，特别是长骨中的大段缺陷，对骨科外科医生来说仍然是一个重大挑战。尽管自体骨移植是一种传统的治疗方式，具有显著的疗效，但受到患者体内可用骨量的限制。另一方面，同种异体骨移植则存在免疫排斥和疾病传播的风险。核酸纳米技术被用来构建具有预定设计的多种纳米结构（例如，纳米管、折纸、纳米花、纳米机器人）。它在生物医学研究中的广泛应用包括生物传感、组织再生、靶向药物递送和癌症治疗。其中，DNA水凝胶在组织工程中的使用呈现出一个有希望的解决方案，这归因于它们的生物相容性、可降解性和可编程性。据报道，DNA水凝胶增强了骨修复，其有效性归因于其富含磷酸盐的骨架和腺嘌呤含量，提供了生物相容性、可编辑性和结构可控性。然而，它们的合成需要高浓度的寡核苷酸，成本高且降解速度快。此外，DNA水凝胶的传统合成反应温度为46.3°C，不适合细胞封装。因此，迫切需要开发一种成本效益高的新型DNA水凝胶用于骨修复。tFNA，另一种以框架形状为特征的DNA纳米结构，由四个特定的单链DNA自组装而成，在组织工程领域具有一定的优势。它在诱导干细胞向成骨细胞分化、促进血管再生、神经调节和免疫调节方面的潜力，使其成为骨再生的有希望的候选者。将tFNA引入DNA水凝胶预计将显著增强DNA水凝胶的活性矿化能力，加速新骨基质的形成和沉积。骨修复通常伴随着血管生成，快速的血管化可以有效促进骨形成。因此，添加刺激血管生成的活性分子可以增强新生血管生成，从而促进骨再生。Apt02是一种具有血管内皮生长因子A（VEGF-A）模拟活性的DNA适配体，能够结合到血管内皮生长因子受体VEGFR-1和VEGFR-2。它作为VEGFA的替代品，激活血管生成过程。此外，由于tFNA的可修改性，可以通过特定的单链对其进行修饰以获得不同的功能。构建结合快速血管化和增强骨再生功能的Apt02-tFNA，是骨组织工程领域的一种有前景的方法。此外，考虑到DNA水凝胶的机械缺点，引入了FDA批准的聚己内酯（PCL）作为机械支持。
上海大学转化医学研究所类器官研究中心苏佳灿老师、上海大学转化医学研究所类器官研究中心白龙老师、上海市第六人民医院国家骨科中心施忠民老师、上海大学医学院高洁老师合作开发了一种新型的基于核酸的水凝胶，由聚合物改性的DNA水凝胶和Apt02-tFNA组成，可以显著降低合成成本，同时保持生物相容性和适合细胞封装。Apt02和tFNA的引入显著促进了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中的血管生成和BMSCs中的成骨矿化。这两种细胞类型的转录组测序揭示了Apt02的特定靶向性，显著抑制了细胞因子-细胞因子受体相互作用途径以介导内皮细胞增殖。tFNA靶向并抑制了Hippo信号通路以促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）中的成骨矿化。通过3D打印多孔PCL支架，均匀地将水凝胶纳入其孔隙中。体内结果表明，含有Apt02-tFNA的DNA水凝胶显著加速了骨再生，而单独的DNA水凝胶也促进了骨形成。该研究为快速骨再生提供了一种生物相容性材料，为临床治疗骨缺陷和进一步构建骨类器官开辟了途径，在组织工程和再生医学领域标志着一个重要的进步。作者首先介绍了DNA水凝胶的制备过程，对水凝胶的形貌和性能表征，然后介绍了DNA水凝胶支架的制备与表征，接着，研究了DNA水凝胶支架增强体外血管生成并全面分析了HUVEC转录组测序结果，然后，研究了DNA水凝胶支架增强体外成骨作用并全面分析了BMSCs转录组测序结果，最后，将其应用于大鼠身上证明了DNA水凝胶支架增强体内成骨作用。![]()
图1 DNA水凝胶的表征
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图2 DNA水凝胶支架增强体外血管生成
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图3 HUVECs转录组测序分析
图4 DNA水凝胶支架增强体外成骨作用
图5 BMSCs转录组测序分析
图6 凝胶支架结构促进体内骨缺损修复
图7 凝胶支架植入后骨缺损中基质和标志蛋白的表达
点评：
1本文开发了一种新型核酸基DNA水凝胶，显著加速了骨再生。2这种主要从核酸组分合成的材料展现出卓越的生物相容性，为未来的骨修复和具有挑战性的骨再生应用提供了一种安全有效的生物材料解决方案。3对于临床治疗骨缺损和进一步构建骨类器官具有前景。
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