骨缺损是骨科疾病中最常见的临床状况之一，成功治疗的关键在于实现早期血管形成并伴随晚期骨质分化。生长因子递送是骨组织再生中最广泛采用的策略之一。然而，实现血管化骨再生的时空耦合调控仍是重大挑战。前蛋白转化酶 subtilisin/kexin 9 型（PCSK9）在骨代谢中发挥关键作用。我们的初步发现表明，PCSK9 表达在骨再生过程中上调，而外源性 PCSK9 的补充可增强骨髓间充质干细胞（BMMSC）的骨发生分化。基于这些发现，我们将 PCSK9 吸附于血管来源的细胞外基质（ECM）上，并将血管内皮生长因子（VEGF）掺入明胶甲基丙烯酰（GelMA），制成复合水凝胶。利用这些生物材料独特的持续释放特性，该水凝胶系统被设计用于重现自然的骨缺损愈合过程，从而促进加速早期血管生成和增强晚期骨生成分化的耦合调控。体外和体内实验结果均证实，构建的复合水凝胶可进一步增强 PCSK9 的治疗效果，实现高效的血管化骨再生。从机制上看，我们的发现表明 PCSK9 通过激活 ERK 信号通路促进 BMMSC 的骨发生性分化。 PCSK9 和 VEGF 负载的复合水凝胶整体表现出有前景的前血管生成和前骨生成耦合能力，促进骨再生，为临床骨缺陷管理提供了新的治疗靶点和创新策略。
该研究以题为“A composite hydrogel enables the spatiotemporal delivery of distinct cytokines to drive the native vascularized bone regeneration”发表在Bioactive Materials上。

GelMA-VEGF/ECM-PCSK9复合水凝胶的完整制备及应用示意图，以及PCSK9促进骨髓间充质干细胞成骨分化的相关信号通路。

细胞外基质（ECM）的脱细胞化测试。A）血管来源细胞外基质的脱细胞化过程示意图；B）i 脱细胞化前细胞外基质的电子显微镜图像，比例尺=200μm；ii 放大后的细胞外基质电子显微镜图像，比例尺为50μm；C）i 脱细胞化细胞外基质（D-ECM）的电子显微镜图像，比例尺为100μm；ii 放大后的脱细胞化细胞外基质电子显微镜图像，比例尺为50μm；D）细胞外基质和脱细胞化细胞外基质的HE染色图像。左图中的黑色箭头表示细胞核，比例尺=100μm；E）残留DNA检测结果显示，脱细胞化前后细胞外基质的DNA含量显著下降；F）残留脂肪检测结果显示，脱细胞化前后细胞外基质的脂肪含量显著下降；G）残留胶原蛋白检测结果显示，脱细胞化前后细胞外基质的胶原蛋白含量无显著变化；H）细胞外基质的体外降解过程，结果显示细胞外基质降解速率缓慢，2个月后仍未完全降解。** 表示与对照组相比，p < 0.01；***表示与对照组相比，p < 0.001。

不同复合水凝胶对 BMMSC（人骨髓间充质干细胞）和HUVECs（人脐静脉内皮细胞）存活率及增殖能力的影响。A) 荧光图像显示 BMMSC 与不同复合材料共培养1、3、5天后的存活率（比例尺=500 μm）；B) 不同组别细胞在不同时间点的BMSCs存活率分析结果；C) CCK -8实验结果表明 BMMSC 与不同复合水凝胶共培养1、3、5天后的增殖情况；D) 荧光图像展示HUVECs与不同复合水凝胶共培养1天及3天后的存活率（比例尺=500 μm）；E) 不同组别HUVECs在不同时间点的存活率分析结果；F) CCK -8实验结果显示HUVECs与不同复合水凝胶共培养1天及3天后的增殖能力——各组间增殖能力无显著差异。缩写说明：NC=对照组；GV=GelMA+ VEGF 组；EP=ECM+PCSK9组； GVEP =GelMA+ VEGF /ECM+PCSK9组；ns=组间差异无统计学意义。

总结

一篇发表于《Bioactive Materials》的研究报道了一种基于GelMA水凝胶与血管来源细胞外基质（ECM）的复合递送系统（GelMA-VEGF/ECM-PCSK9），通过时空顺序释放VEGF与PCSK9，实现血管化骨再生的协同调控。研究团队首先证实PCSK9在骨再生过程中表达上调，且外源性PCSK9可通过激活ERK信号通路促进骨髓间充质干细胞（BMMSCs）的成骨分化。基于此，将VEGF包载于快速降解的GelMA中以实现早期促血管生成，将PCSK9吸附于慢速降解的ECM上以实现后期持续促成骨。

脱细胞血管ECM保留了天然三维结构与胶原成分，DNA与脂质残留显著降低，对PCSK9的负载效率超过50%。体外释放实验表明，VEGF在两周内释放完全，而PCSK9可持续释放至第26天。该复合水凝胶具有良好的细胞相容性，可显著促进HUVECs的迁移与小管形成，并上调BMMSCs中RUNX2、COL1A1等成骨标志物表达。在大鼠颅骨缺损模型中，GelMA-VEGF/ECM-PCSK9组在8周时骨体积分数（BV/TV）最高，组织学与免疫荧光显示其促进新生血管（CD31、VEGF）与新骨形成（RUNX2、COL1A1）。该研究为骨缺损修复提供了基于时空顺序递送的双因子协同策略。

参考消息：

DOI: 10.1016/j.bioactmat.2026.02.048