随着人口老龄化进程的加快，骨质疏松作为一种退行性的骨骼疾病，已经覆盖了中国社会超34% 的60岁以上老年人，尤其是绝经后的女性患者，体内雌激素的缺乏会加重全身性的骨质流失和微结构破坏，导致日常生活中的一次摔倒就可能伴随骨折的风险。然而，“屋漏偏逢连夜雨”，骨质疏松患者的骨折恢复会面临更加困难的局面。一方面，缺损处过度活跃的破骨细胞加速了骨组织的吸收；另一方面，体内伴随的慢性炎症干扰着成骨细胞的稳态，阻碍其成骨分化减缓骨组织重建，最终导致骨修复缓慢。因此，有必要探究新型可调节局部骨折乃至全身性骨代谢不平衡的治疗方式。目前临床上治疗骨质疏松药物主要是阿仑膦酸钠（Aln）类，由于其独特的'-P-C-P-'结构可以抑制破骨细胞的活性，已经成为临床常用药物。然而，静脉/口服的给药方式导致Aln在局部缺损部位富集有限，且病人依从性低。剂量增加还可能导致低钙血症和肾毒性等药物不良反应。因此，需要建立安全可控的局部给药系统来提高药物疗效、减少不良反应等。
近日，苏州大学纳米生物材料创新团队基于Aln独特的化学结构及其与金属离子的高配位亲和力，融入了具有良好抗氧化性能和生物安全性的金属铈离子，构建了一种用于治疗骨质疏松性骨缺损的双功能超分子纤维水凝胶。相关研究发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。苏州大学博士生韩智慧为该文第一作者，程亮教授为唯一通讯作者。
图1 Ce-Aln凝胶的成骨增强和破骨抑制示意图
研究团队所构建的纤维水凝胶(Ce-Aln gel) 主要基于铈离子与阿仑膦酸钠之间的金属配位键构成，具有良好的自愈合性和可注射性，且由于铈离子的可变价态，凝胶表现出对活性氧的自催化放大抗氧化效应，在自由基的诱发下呈现增强的抗氧化应激能力。
体外实验表明，Ce-Aln凝胶通过消除氧化应激维持了成骨细胞稳态和正常生理功能，同时通过抑制NF-κB通路调节巨噬细胞极化表型以改善炎症微环境，进而进一步增强成骨分化和破骨细胞抑制改善骨代谢失衡。
之后，通过构建卵巢切除(OVX)小鼠的颅骨缺损模型模拟骨质疏松的局部骨损伤状态。在局部植入后Ce-Aln凝胶取得了良好的骨修复效果，缺损处组织愈合明显。值得注意的是，小鼠全身性的骨质流失得到明显改善，骨密度增加，骨小梁微结构重构，股骨的生物力学性能甚至恢复至健康状态。
因此，所构建的基于临床药物-金属配位超分子凝胶是治疗骨质疏松及骨代谢失衡患者相关骨修复的理想无生物载体药物平台，为骨质疏松性骨缺损的修复提供了一种具有高转化前景的新型治疗策略。
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Autocatalytic bifunctional supramolecular hydrogels for osteoporotic bone repair
https://doi.org/10.1093/nsr/nwae209
