IF:20.3 生物物理信号支架调控干细胞成骨再生

摘要：

本综述针对骨软骨组织异质性引发的再生修复困境，以间充质干细胞与生物材料支架结合的组织工程体系为核心，阐明生物物理信号对干细胞命运的调控机制，系统总结机械生物学导向下仿生微环境支架的设计进展，实现间充质干细胞谱系特异性分化的精准调控，为分层骨软骨再生尤其是软骨下骨的再生修复提供理论支撑与设计参考。

01.研究背景

骨软骨组织由结构、功能完全差异化的两部分构成，其中软骨下骨具备血管化与矿化特征，软骨层则无血管分布、细胞密度低且自我修复能力弱，组织异质性直接提升跨区域缺损修复的复杂度；常规修复手段无法还原骨软骨原生双相结构，易造成组织结构紊乱与整合不良；组织工程成为骨软骨再生的重要研究方向，但空间层面引导间充质干细胞向成骨、成软骨谱系定向分化，仍是该领域待突破的核心问题。

02

主要内容

研究解析生物物理线索调控间充质干细胞命运的核心路径，即通过整合素介导的机械转导、细胞骨架重塑，联合TRPV4、Piezo1、YAP/TAZ等机械信号通路发挥作用；阐述将生物物理信号编码整合至支架结构中，为干细胞提供持续且空间精准引导的技术原理；系统梳理基于机械生物学构建仿生微环境的支架设计最新成果，明确支架设计对间充质干细胞成骨、成软骨分化的调控作用，为分层骨软骨再生提供系统化研究思路。

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研究设计

本研究为综述类科研工作，以骨软骨再生的核心难题为切入点，以间充质干细胞成骨定向分化为核心研究重心，围绕生物物理信号、支架结构、干细胞命运调控的内在关联展开整合梳理，融合机械生物学、生物材料设计与干细胞生物学的研究成果，构建适配骨软骨异质性的仿生支架设计研究框架。

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结果

研究证实生物物理信号是调控间充质干细胞命运的关键因子，可通过特定机械信号通路实现干细胞分化方向的调控；将生物物理信号整合于工程化支架中，能够对间充质干细胞成骨、成软骨谱系分化实现空间定向引导；基于机械生物学的仿生支架设计，可匹配骨软骨双相组织特征，为分层骨软骨再生提供可行的技术路径与理论依据。

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思路延伸

深化生物物理信号与支架微结构的耦合设计研究，重点细化软骨下骨再生的干细胞成骨分化调控机制；拓展机械生物学信号通路在支架设计中的应用维度，优化仿生成骨微环境的构建策略；完善分层骨软骨再生的支架设计体系，强化空间定向调控对干细胞成骨分化的精准引导作用。

原文来源：

2. 发表日期：2026-02-16

3. DOI：10.1016/j.bioactmat.2025.12.021

4. 作者：Yu Gao、Yaling Zhuang、Tongtong Zhu、Hanyang Zhang、Yinan Wang、Fei Chang、Jianxun Ding