骨缺损修复是再生医学的挑战之一，涉及外伤、肿瘤切除、感染及遗传性骨病等。传统治疗如骨移植和金属植入常面临供体短缺、感染及效果不佳的问题。因此，开发模拟自然骨ECM功能的仿生材料成为关键。自然骨ECM在骨再生中提供机械支持、促进成骨细胞迁移，并调控生长因子释放促进血管生成。然而，单组分水凝胶难以兼顾力学性能和功能化，且存在“爆发释放”现象，限制临床效果。
上海交通大学医学院团队王鹏飞教授和陆尔奕教授开发了多功能复合水凝胶（GDSV-VEGF），模拟ECM特性，聚焦仿生水凝胶在骨再生和血管生成中的应用。接下来，我们将详细解析该研究中的六大关键内容，全面展示GDSV-VEGF水凝胶的设计与体内外实验验证过程。
研究开发的GDSV水凝胶支架，融合GelMA的机械稳定性与DNA的应力松弛特性，成功模拟了自然骨ECM（图1A-C）。SEM图像（图1D）和FTIR光谱（图1E）证实了水凝胶的多孔结构和化学组成。动态力学测试（图1F-G）显示GDSV水凝胶具有适宜的力学性能和快速应力松弛，有助于细胞行为调节。弹性模量（图1H）和溶胀比（图1I）测试结果进一步证实了GDSV水凝胶的机械支撑和吸水性。荧光显微镜观察（图1J）揭示GDSV水凝胶在血清补充培养基中展现出的稳定性，这一特性为其在骨组织工程中的实际应用奠定了基础。
GDSV水凝胶的生物相容性通过活/死细胞染色验证。培养24小时后，GDSV组显示显著更高的绿色荧光信号，几乎未见红色信号，表明其对BMSCs具有良好相容性。培养72小时后，细胞活性依然较高，证明水凝胶微环境适宜（图2A）。
细胞增殖实验（CCK-8）结果显示，GDSV组的BMSCs增殖率在第1天显著高于其他组，尤其在第4天和第7天，增殖速率比GelMA组高约40%，细胞密度显著增加，证明DNA适配体在促进细胞增殖方面的作用（图2B）。
GDSV水凝胶中的Apt19S适配体通过与BMSCs表面受体结合，实现对种子细胞的高效靶向招募（图3A）。Transwell实验显示，GDSV组迁移至下室的细胞数量显著高于GelMA组和对照组，表明其增强了BMSCs的趋化能力。结晶紫染色结果显示，GDSV组迁移细胞数量比GelMA组高约60%（图3B-C）。统计分析进一步证明，GDSV和GDSV-VEGF组的细胞迁移数量显著高于对照组，且GDSV组与GDV组相比也有显著差异（图3D），验证了Apt19S在促进BMSCs归巢中的关键作用。
图4A展示了Apt19S适配体与VEGF的持续释放。GDSV-VEGF水凝胶在14天内稳定释放VEGF，优于GelMA-VEGF的快速释放，最终释放约65%。HUVECs实验显示，GDSV-VEGF组10天内形成稳定血管网络，而GelMA-VEGF组血管稀疏，对照组几乎无血管（图4D）。量化分析显示GDSV-VEGF组在血管长度、节点和网格数量上显著优于其他组，网格数量是对照组的三倍（图4E），证实了其缓释机制有效促进血管生成。
RNA测序分析显示，GDSV水凝胶与GelMA水凝胶在基因表达上存在差异，GDSV组中2386个基因上调，1089个基因下调，涉及细胞粘附、蛋白激酶活性和矿化等过程（图6A）。GO和KEGG分析确认这些基因在细胞骨架和焦点粘附通路中的重要作用（图6B-C）。特别是，GDSV组中与成骨和细胞粘附相关的基因，如Ptk2和Ctnnb1表达上调（图6D）。免疫荧光染色显示，GDSV水凝胶促进BMSCs的F-actin扩散（图6E）。蛋白免疫印迹分析显示，FAK、p-FAK、Akt、p-Akt、β-Catenin和Runx2的表达显著上调，表明GDSV通过FAK/PI3K/Akt/β-Catenin通路促进BMSCs成骨分化（图6F-G）。
