针对感染骨缺损需同步控制感染与促进骨再生的核心挑战，以及交感神经过度激活对修复的阻碍作用，本研究开发了多功能GMPP水凝胶。该水凝胶以光敏明胶甲基丙烯酰（GelMA）为基质，负载普萘洛尔（PNL）的聚多巴胺（PDA）包被空心二氧化锰（hMnO2）纳米颗粒为功能组件，整合近红外光热抗菌与交感神经微环境重塑功能。通过光热效应杀灭病原体、酸性微环境响应释放普萘洛尔调控神经活动，实现感染控制与骨再生的协同增强，为感染性骨缺损治疗提供了抗菌与神经调控相结合的新路径。

01研究背景

感染性骨缺损是骨科领域的重要难题，其修复需同时解决两大关键问题：一方面，病原体定植会引发免疫反应并分泌酸性代谢物，直接抑制成骨细胞功能，甚至导致组织坏死；另一方面，创伤会激活全身及局部应激反应，使缺损区域交感神经过度激活、儿茶酚胺积累，进一步干扰骨修复进程。现有治疗策略难以同时兼顾感染清除与神经微环境调控，导致修复效果受限。
02主要内容
本研究聚焦感染性骨缺损修复中“感染控制”与“神经微环境紊乱”的双重瓶颈，设计并构建了负载普萘洛尔的多功能GMPP水凝胶。通过材料结构与功能的精准整合，实现近红外光触发的光热抗菌、酸性微环境响应的药物释放，进而重塑交感神经微环境，抵消神经过度激活对骨修复的抑制作用，最终达成感染控制与骨再生增强的协同效应。
03研究设计
以光敏明胶甲基丙烯酰（GelMA）为水凝胶基质，构建负载普萘洛尔（PNL）的聚多巴胺（PDA）包被空心二氧化锰（hMnO2）纳米颗粒，形成GMPP复合水凝胶；设计双重功能机制：近红外光照射下产生光热效应以杀灭细菌，感染部位的酸性微环境触发普萘洛尔可控释放；通过体外实验验证水凝胶的光热抗菌活性、普萘洛尔释放特性，以及对成骨相关过程和交感神经应激反应的影响；建立SD大鼠感染颅骨缺损模型，评估GMPP水凝胶在体内对骨再生的促进作用及对交感神经活动的调控效果。
04结果
体外实验证实，GMPP水凝胶在近红外光作用下可有效杀灭金黄色葡萄球菌与大肠杆菌；酸性微环境中释放的普萘洛尔，能够抵消去甲肾上腺素介导的血管生成抑制效应，减轻交感神经应激驱动的分解代谢蛋白代谢，从而促进成骨相关过程；体内研究发现，与未感染部位相比，感染性骨缺损区域的交感神经活动呈现增强且延长的特征，而GMPP水凝胶可显著促进SD大鼠感染颅骨缺损的骨再生，其效果源于光热抗菌与交感神经微环境重塑的协同作用。
05思路延伸
本研究创新性地将抗菌治疗与神经调控相结合，提出“感染清除-神经微环境重塑-骨再生增强”的协同修复范式，突破了传统感染性骨缺损治疗仅聚焦感染控制与成骨促进的局限。其核心思路在于识别并干预交感神经微环境紊乱这一修复阻碍因素，通过多功能材料的精准设计实现多靶点协同调控，为复杂微环境下骨修复材料的研发提供了新的设计方向，同时凸显了神经微环境调控在骨组织工程领域的重要研究价值。
原文来源：
 - 作者：Wenzhe Sun, Lian Zeng, Pengqing Zhang, Hongwei Lu, Bing Ye, Yizhou Wan, Yi Xu, Jialin Yu, Tingfang Sun, Yanzhen Qu, Bin Wu, Xiaohan Li, Kaifang Chen, Xiao Lv, Xiaodong Guo- Pub Date: 2025-10-17- DOI: 10.1016/j.cej.2025.169736- 期刊：Chemical Engineering Journal