綜述：基于生物材料的策略在神經調節與受神經支配的骨骼再生中的應用
《Acta Biomaterialia》：Biomaterial-based strategies for neural modulation in innervated bone regeneration
【字體：
大
中
小
】
時間：2026年02月26日
來源：Acta Biomaterialia 9.6
編輯推薦：
神經調控在骨再生中的關鍵作用及生物材料策略的研究進展。通過整合神經信號與骨組織工程，新型材料可促進神經網絡重建和骨形成協同作用，為臨床骨修復提供新思路。
王斌|李卓珍|江漢宇|江奕軒
鄭州大學第一附屬醫院口腔科，中國鄭州
摘要
神經系統在調節骨骼穩態和骨再生過程中起著關鍵作用。然而，在傳統的骨修復策略中，神經調節和神經支配重建的作用長期以來一直被低估。因此，神經-骨組織工程這一新興概念受到了越來越多的關注，強調了通過神經協調來實現骨再生的方法。這類材料能夠傳遞生物活性信號并提供物理刺激，從而同時促進神經網絡重建和骨形成，最終實現有神經支配的骨再生。本文概述了骨再生中神經調節的基本機制，并重點介紹了基于生物材料的策略的最新進展，這些策略整合了神經和骨骼修復的功能。此外，還討論了當前面臨的挑戰，包括與臨床轉化相關的問題，并提出了神經調節生物材料設計的未來方向�？傮w而言，這些見解為推進下一代神經調節策略在功能性骨再生中的應用以及促進再生醫學的發展提供了合理的路線圖。
重要性聲明
越來越多的證據表明，神經調節是骨再生結果的關鍵調節因素；然而，在許多骨組織工程方法中，功能性神經網絡的重建仍然被忽視。本文綜合了基于生物材料的、用于實現有神經支配骨再生的最新策略。這些方法利用神經信號來支持神經網絡重建和功能協調，以促進骨修復。同時，還深入討論了當前面臨的挑戰、新興的機會以及轉化應用方面的考慮，為開發下一代神經骨組織工程生物材料提供了深刻的見解，從而推動再生醫學的發展。
引言
骨再生是一個復雜的過程，需要細胞、細胞外基質（ECM）和多種調節途徑的協同作用[1,2]。在生理條件下或輕微損傷后，這些內源性機制通常足以恢復骨組織。然而，當骨損傷超過一定程度或病理狀態破壞了自然的調節平衡時，骨組織的再生能力可能會受到嚴重影響[2,3]。因此，在復雜的臨床情況下（如大范圍骨缺損、骨質疏松相關骨折和其他代謝性骨疾�。３Ｓ^察到愈合效果不佳。
這一臨床問題的規模非常嚴重。全球范圍內大范圍骨缺損的發生率正在上升，帶來了沉重的負擔[4,5]。據估計，到2021年，治療骨缺損的全球費用約為6.64億美元，而且進行骨缺損修復的手術數量持續增加[6]。同時，骨質疏松癥（表現為骨量減少和骨微結構惡化）導致骨脆性增加。全球范圍內，大約每三秒鐘就發生一次骨質疏松性骨折[7]。50歲以上的女性中有三分之一、男性中有五分之一在其一生中會遭受骨質疏松性骨折[8]。這些情況代表了重大的全球健康問題。
為應對這些挑戰，生物材料已成為主要的干預策略。目前的方法通常將生物材料與成骨誘導或成骨導向因子結合使用，以刺激新骨的形成[9]。然而，這種以骨為中心的方法的一個關鍵局限性在于它往往無法模擬神經的自然調節作用[10]。神經調節已被證明是骨再生中的一個基本但長期被忽視的貢獻因素。骨組織由周圍神經纖維廣泛支配，這些神經纖維通過分泌神經營養因子和直接信號傳導來積極調節骨形成、血管生成和炎癥反應[11]。因此，神經信號傳導、神經完整性和神經營養支持的損傷與愈合延遲和再生效果不佳密切相關[12,13]。
這一認識推動了神經-骨組織工程的發展，這是一種新興的范式，它通過將有神經成分納入再生策略中，超越了傳統的以骨為中心的方法。盡管取得了這些進展，但關于生物材料在骨骼修復中實現神經調節的系統性討論仍然有限。本文綜述了基于生物材料的骨再生神經調節策略的最新進展（見圖1）。首先，我們簡要總結了這一背景下神經調節的生物學機制。隨后，我們深入討論了當前的設計策略及其相關挑戰和臨床轉化的前景。通過整合這些知識，我們旨在為開發下一代神經調節生物材料提供可行的見解，以實現功能性且有神經支配的骨再生。
部分摘錄
骨再生中的神經調節
在過去幾十年中，越來越多的證據表明神經系統是骨發育、代謝和再生的關鍵調節因素[11,[14],[15],[16]]。從發育角度來看，胚胎研究表明神經嵴細胞既產生顱面骨骼成分，也產生相關的神經（如三叉神經），為神經-骨整合提供了早期的發育基礎[17]。從解剖學角度來看，骨組織
神經源性因子釋放生物材料
在骨損傷時，經常觀察到神經信號傳導受損，這越來越被認為是導致愈合延遲或受損的重要原因。為了解決這個問題，基于神經源性因子的釋放策略作為一種有前景的方法出現，旨在重新建立神經調節，以調節骨再生微環境。骨內的神經分泌多種生物活性分子，包括神經營養因子、神經肽和軸突導向因子，這些因子起著
離子摻雜生物材料
離子天然存在于細胞外基質（ECM）中，對骨再生的多個方面都有影響。將離子摻入生物材料中已成為一種有前景的方法，可以提高骨組織工程的生物性能，具有成本較低和操作更簡單的優勢[66,67]。近年來，人們越來越關注通過向生物材料中摻入生物活性離子來激活骨骼修復中的神經調節。細胞釋放生物材料
利用細胞感知和動態響應生理信號的能力，細胞釋放策略具有巨大的治療潛力。這種潛力源于某些細胞能夠在環境信號的引導下分化為多種類型，而其他細胞則專門分泌特定因子以應對變化的條件。生物材料通過作為輸送載體和提供免疫保護來增強細胞的治療功能負載外泌體的生物材料
外泌體是由多種細胞類型分泌的納米級細胞外囊泡，通過傳遞生物活性物質（如蛋白質、脂質和核酸）在細胞間通信中起關鍵作用[121,122]。由于其固有的生物活性、穩定性和低免疫原性，外泌體成為一種有前景的無細胞治療策略，有效克服了基于細胞的方法所面臨的限制，如免疫排斥、細胞存活率低等問題拓撲工程生物材料
生物材料的表面拓撲結構和物理化學性質在調節細胞行為方面起著關鍵作用，因為它們構成了細胞與材料相互作用的主要界面[18]。在有神經支配的骨再生過程中，表面特征可以作為指導性的物理信號，同時影響神經、血管和骨形成的反應。重要的是，神經細胞和骨相關細胞對表面特性具有不同的敏感性，因此需要智能刺激響應生物材料
與前述主要通過形態學信號調節神經功能的被動結構策略不同，智能刺激響應生物材料代表了一代新的功能性生物材料，它們可以根據外部或內部刺激動態改變其性質[141]。這種響應性使得能夠精確調節細胞行為和組織再生[142]。近年來，越來越多的證據開始凸顯它們的潛力挑戰與未來展望
基于生物材料的有神經支配骨再生策略在多種生理和病理條件下都展示了令人鼓舞的進展，包括骨缺損、植入物骨整合和骨質疏松性骨折的愈合。然而，仍存在一些挑戰，這突顯了進一步探索和技術進步的必要性。結論
總之，本文總結了基于生物材料的有神經支配骨再生策略的最新進展。這些方法利用神經調節來協調骨形成、血管生成和免疫再生過程，在骨骼修復中發揮作用。解決與機制復雜性、精確的時空控制和臨床轉化可行性相關的關鍵挑戰將加速神經調節生物材料向臨床可行的骨再生策略的發展。
作者貢獻聲明
王斌：撰寫原始草稿、研究、可視化、方法學、概念化、資金獲取。李卓珍：撰寫原始草稿、研究、可視化、方法學、概念化。江漢宇：撰寫原始草稿、研究、方法學。江奕軒：撰寫-審稿與編輯、概念化、方法學、監督、資金獲取。
作者貢獻聲明
王斌：方法學、資金獲取、概念化、研究、可視化、撰寫-原始草稿。李卓珍：撰寫-原始草稿、可視化、方法學、概念化、研究。江漢宇：撰寫-審稿與編輯、方法學、資金獲取、概念化、監督。
生物通微信公眾號
生物通新浪微博
今日動態 |
人才市場 |
新技術專欄 |
中國科學人 |
云展臺 |
BioHot |
云講堂直播 |
會展中心 |
特價專欄 |
技術快訊 |
免費試用
版權所有 生物通
Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved
聯系信箱：
粵ICP備09063491號
