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摘要
背景:在使用骨支架修复骨缺损时,注意骨免疫反应的调节对骨再生具有重要意义。目的:综述骨免疫反应对骨修复的影响和具有调节骨免疫功能的骨组织工程支架的设计和其在骨修复中的应用。方法:从Science Direct、PubMed、Web of Science与中国知网数据库中检索1973-2023年发表的相关文献。英文检索词:“Osteoimmunology,Macrophages,Bone repair materials,Bone scaffold,Bone defects,Bone regeneration”;中文检索词:“骨免疫,巨噬细胞,骨修复材料,骨支架,骨缺损,骨再生”,对筛选出该领域最新研究进展的80篇文献进行归纳分析。结果与结论:(1)文章详细梳理了骨免疫的起源和发展进程中的重要时间点,并阐述了巨噬细胞作为骨免疫调控体系中重要成员,可分为M1(促炎)和M2(抗炎)两类表型,并在骨再生的不同时期发挥着关键作用。在炎症期,M1型巨噬细胞一方面能激活破骨细胞,启动组织修复进程,同时参与骨内微血管网的重建,另一方面炎症后期的骨组织再生过程中,持续高表达M1型巨噬细胞会阻碍新骨形成;而在修复期,M2型巨噬细胞一方面可分泌成骨细胞因子,刺激骨髓间充质干细胞的成骨分化和矿化,进而促进骨形成,另一方面,长期激活的M2型巨噬细胞会增加促纤维化分子的分泌,导致瘢痕组织的过度形成,从而延迟愈合过程。因此调控巨噬细胞在适宜的阶段进行表型转换,构建有益于成骨的免疫微环境对骨再生意义巨大。(2)在设计具备骨免疫调控特性的骨支架过程中,可通过改变支架粗糙度、孔隙结构、刚度、亲水性、表面电荷、表面官能团等理化性质影响非特异性蛋白质和细胞黏附,从而影响骨支架与免疫系统的相互作用。而将羟基磷灰石,生物活性玻璃、金属离子、细胞外基质、药物、细胞因子和外泌体等生物活性物质进行表面功能涂层设计,则可在植入机体之后通过释放生物活性物质,主动调控免疫微环境,影响巨噬细胞极化和巨噬细胞与骨骼细胞之间的串扰,促进巨噬细胞更多的M2极化,构建出有利于骨再生的骨免疫微环境。(3)基于骨组织工程支架的研发,除了关注干细胞成骨分化的直接调控因素外,还应注重对干细胞分化的免疫微环境的管理,通过调控适宜的骨免疫微环境,诱导更多的干细胞成骨分化,增强支架的成骨效能,并凝练出“骨免疫调节特性”的理念,深入阐明了骨免疫微环境的多向调节作用并介绍了现有改变支架理化性能和表面功能涂层策略赋予支架骨免疫调控潜能的策略,为指导新一代具有骨免疫调控特性的骨组织工程支架的研发提供新思路。但是骨免疫微环境是一个动态平衡状态,现有研究的调控策略多数未顾虑到调控的动态匹配性,因此针对具有高效且靶向调控免疫微环境的智能骨免疫调控支架的研发,是未来学者研究的重点关注方向。
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