骨折愈合难题有解！Mater Today Bio：金盏花囊泡+ROS响应水凝胶，靶向调控巨噬细胞加速骨折愈合

骨折后迟迟不愈合、骨不连，不仅让患者承受长期疼痛，更可能影响肢体功能恢复，这是骨科临床中亟待解决的难题。骨折愈合是复杂的生物学过程，巨噬细胞作为关键免疫细胞，其从促炎M1型向抗炎M2型的极化转换是调控炎症微环境、推动组织修复的核心环节。

近日，Mater Today Bio刊登一项创新性研究，将植物来源囊泡与智能水凝胶技术相结合，为骨折修复提供了兼具靶向性与长效性的治疗新策略。

单细胞测序锁定骨折愈合关键靶点

研究团队率先通过单细胞RNA测序技术，深度解析骨不连骨折部位的细胞组成与分子特征。结果显示，骨不连部位的巨噬细胞与成骨细胞数量显著增多，且M1巨噬细胞中多种炎症相关基因呈高表达状态。进一步功能富集分析证实，TNF、NF-κB、IL-17等炎症通路在骨不连组显著激活。通过网络药理学与体外实验联合验证，研究人员明确MMP12是调控巨噬细胞极化的关键靶基因，其在M1巨噬细胞中的表达水平显著升高。

图1：具有骨再生促进功能的Gel-BA/KGM@PS-COEVs

图2：骨不连骨折与正常样本的单细胞图谱综合分析

靶向修饰PS-COEVs提升巨噬细胞调控效能

为充分发挥金盏花来源细胞外囊泡（COEVs）的抗炎潜力，研究团队对其进行磷脂酰丝氨酸（PS）修饰，成功构建PS-COEVs。表征结果显示，PS-COEVs平均粒径为139.4 nm，呈典型圆形结构。与未修饰的COEVs相比，PS-COEVs被巨噬细胞吞噬的效率显著提升，对M1巨噬细胞的重编程能力更强，能够有效降低M1标志物iNOS的表达。

图3：活性成分与靶基因分析

ROS响应水凝胶破解递送难题

针对植物囊泡作用时间短、靶向性不足的痛点，研究团队设计ROS响应型Gel-BA/KGM水凝胶作为递送载体。该水凝胶具备优异的力学性能，Gel-BA/KGM与载药后的Gel-BA/KGM@PS-COEVs临界应变分别达240%和191%，可耐受一定程度的外力变形。同时，水凝胶展现出良好的自修复能力与注射性，能通过注射器精准递送至骨折部位。在骨折局部高ROS微环境中，水凝胶可响应性降解，实现PS-COEVs的按需释放。其丰富的羟基与硼酸基团还赋予较强的组织黏附能力，确保治疗的持续性。

核心机制：MMP12/NF-κB轴调控巨噬细胞极化

体外实验证实，Gel-BA/KGM@PS-COEVs能够显著下调MMP12的表达，进而抑制NF-κB通路激活，具体表现为p-p65、p-IκBα水平降低，最终推动M1巨噬细胞向M2型转换。这一过程中，M2标志物Arg-1、IL-10表达升高，M1标志物iNOS、TNF-α表达降低。流式细胞术结果显示，CD86+ M1细胞比例下降，CD206+ M2细胞比例显著上升，充分验证了该体系对巨噬细胞极化的调控作用。

巨噬细胞调控协同促进成骨分化

在巨噬细胞与骨髓间充质干细胞（BMSCs）共培养体系中，经Gel-BA/KGM@PS-COEVs调控后的巨噬细胞，可显著提升BMSCs的碱性磷酸酶（ALP）活性与矿化能力。分子层面分析显示，RunX2、骨钙素（OCN）等成骨关键基因与蛋白的表达水平均显著上调，表明该体系不仅能增强BMSCs的成骨潜力，还能构建有利于骨形成的微环境。

图4：Gel-BA/KGM@PS-COEVs调控骨髓间充质干细胞成骨功能

体内实验验证骨再生促进效果

在大鼠股骨骨折模型中，术后8周的检测结果显示，Gel-BA/KGM@PS-COEVs组的骨体积分数（BV/TV）、骨矿物质密度（BMD）与骨小梁厚度（Tb.Th）均显著高于对照组。组织学分析证实，该组骨折部位胶原沉积丰富，成熟骨组织形成增多，且M2巨噬细胞浸润增加，成骨标志物表达上调，充分验证了其在体内的骨再生促进作用。

图5：Gel-BA/KGM@PS-COEVs在大鼠股骨骨折模型中的体内治疗效果

良好生物相容性奠定临床转化基础

全面的生物相容性评估显示，Gel-BA/KGM@PS-COEVs对BMSCs与巨噬细胞无细胞毒性，溶血率低于5%，符合生物材料安全标准。体内实验中，该体系未对大鼠肝、肾、心、脾、肺等主要器官造成病理损伤，血液学指标与肝肾功能标志物均维持在正常范围，其安全性得到充分验证。

综上，这项研究创新性地将植物来源抗炎囊泡与ROS响应智能水凝胶相结合，通过PS修饰实现巨噬细胞靶向递送，借助MMP12/NF-κB轴精准调控巨噬细胞极化，构建起“靶向递送-智能释放-机制明确”的一体化治疗方案。该策略不仅破解了植物囊泡的递送瓶颈，更实现了炎症微环境调控与骨再生的协同作用，为骨科再生医学发展提供新方向，有望为骨折患者带来更高效、更安全的治疗选择，具有广阔的临床转化前景。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Wang X, Xie Z, Wu R, et al. Hydrogel-Wrapped Calendula officinalis L. extracellular vesicles - A novel approach to enhance fracture healing by Macrophage reprogramming. Mater Today Bio. 2025;35:102592. Published 2025 Nov 28. doi:10.1016/j.mtbio.2025.102592