夜雨聆风
第一作者：Yue Han
通讯作者：郑玉峰，温鹏，夏丹丹，周永胜
通讯单位：北京大学，清华大学
研究速览
最近，北京大学郑玉峰、夏丹丹、周永胜和清华大学温鹏团队在《Advanced Functional Materials》期刊上发表了3D 打印的可生物降解 Zn-Li-Ag 多孔支架通过抑制 Gbp2 促进感染骨骼再生，缓解炎症的文章。复发性感染和持续性炎症是感染性骨缺损临床治疗中的主要难题。该研究采用激光粉末床熔融（LPBF）技术制备了具有 TPMS -Gyroid结构的Zn-0.8Li-0.5Ag多孔支架，该材料兼具机械性能、抗感染特性及促进骨生成的能力。体外实验表明，该支架对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）具有显著杀菌作用；通过免疫调节发挥优异的抗炎效果；并能通过增强骨生成相关基因表达实现良好的成骨功能。体内实验显示，该支架可有效抑制病原菌生长、缓解局部炎症并促进组织再生。RNA测序进一步证实，Zn-0.8Li-0.5Ag支架通过释放Zn²⁺、Li⁺和Ag⁺离子发挥抗炎作用，这些离子可下调Gbp2蛋白表达从而抑制炎症通路。综上所述，这种兼具抗菌、抗炎和促骨生成功效的Zn-0.8Li-0.5Ag支架作为修复感染性骨缺损的生物材料展现出巨大应用潜力。
要点分析
要点一：3D 打印 TPMS 多孔 Zn-0.8Li-Ag 可降解骨支架材料体系
采用激光选区熔化（LPBF）增材制造制备三重周期极小曲面（TPMS-Gyroid）锌锂银三元多孔支架；Li 元素形成 LiZn₄第二相实现固溶强化提升力学性能，Ag 掺杂适度加快降解、同步释放 Zn²⁺/Li⁺/Ag⁺，弹性模量匹配人体松质骨，解决钛合金永久存留、高分子力学不足的痛点。
要点二：三重协同生物功能：抗菌 + 抗炎 + 促成骨
降解持续释放三种离子协同起效：Ag⁺广谱破坏细菌细胞膜实现抗金葡菌、大肠杆菌；Zn²⁺、Li⁺共同调控巨噬细胞由促炎 M1 向修复 M2 极化，抑制炎症；三种离子协同上调 ALP、RUNX2 等成骨基因，促进干细胞矿化、血管新生。
要点三：核心抗炎分子机制：靶向抑制 Gbp2 基因
通过转录组测序首次阐明作用通路：细菌脂多糖（LPS）会上调鸟苷结合蛋白 2（Gbp2），激活 NLRP3 炎症小体放大炎症；支架释放复合离子可显著下调 Gbp2 表达，阻断 NF-κB / 炎症级联反应，从分子层面缓解感染骨持续炎症微环境。
要点四：体内双动物模型充分验证临床潜力
大鼠皮下感染模型证实材料强效清除创面细菌、减轻炎性浸润；大鼠股骨髁感染骨缺损模型显示支架可逐步降解，缺损处新生骨、胶原有序沉积，兼具生物安全性，心肝肾无病理损伤，适用于感染性骨缺损、骨髓炎修复。
图文导读
示意图 1 Zn-0.8Li-0.5Ag 支架用于感染骨缺损修复整体原理图
采用激光选区熔化制备 TPMS-Gyroid 多孔锌锂银合金支架；支架植入感染骨缺损后分三重作用：①抗菌：释放 Zn²⁺、Li⁺、Ag⁺杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌；②免疫调控：下调 Gbp2 基因，抑制 M1 型巨噬、促进 M2 型巨噬，缓解炎症；③骨重塑：促进成骨细胞增殖、血管新生与骨基质沉积。
图 1 纯 Zn、Zn-0.8Li、Zn-0.5Li-0.5Ag 微观组织与力学性能
(A) 三组合金 X 射线衍射图谱，标定 α-Zn、β-LiZn₄物相；
(B) Zn-0.8Li-0.5Ag 扫描电镜 + EDS 银元素面分布；
(C) 二次离子质谱（SIMS）Li 元素分布对比 Zn-0.8Li、Zn-0.5Li-0.5Ag；
(D) 电子背散射衍射（EBSD）极图与晶粒尺寸统计（BD 为打印沉积方向，M 中位数，A 平均值）；
(E) 支架压缩屈服强度、弹性模量与块体维氏硬度定量统计；
(F) 三组多孔支架压缩应力 - 应变曲线。
统计学标注：*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，****p<0.0001
图 2 纯 Zn、Zn-0.8Li、Zn-0.5Li-0.5Ag 体外降解行为
(A) 开尔文探针力显微镜（KPFM）伏打电势云图与线扫描电位差；
(B) 动电位极化曲线与塔菲尔拟合腐蚀电位、腐蚀电流；
(C) 电化学阻抗伯德图；
(D) 7/14/28 天浸泡失重定量；
(E) 降解产物全谱 XPS；
(F) Zn-0.8Li、Zn-0.5Li-0.5Ag Li 1s 精细谱，检测碳酸锂降解产物。
图 3 合金浸提液体外抗炎作用（RAW264.7 巨噬细胞 LPS 炎症模型）
(A) M1 标志物 iNOS 免疫荧光；(B) M2 标志物 Arg-1 免疫荧光；
(C/D) iNOS、Arg-1 荧光强度定量；
(E-H) 炎症相关基因 Nos2、TNF-α、Arg-1、TGF-β mRNA 相对表达；
(I) iNOS、Arg-1 蛋白免疫印迹；(J/K) 蛋白灰度定量。
图 4 浸提液通过抗炎间接调控干细胞成骨分化
(A) 炎症条件培养基制备流程示意图；
(B) 碱性磷酸酶（ALP）、茜素红（ARS）矿化染色；
(C/D) 25% 浸提液 ALP、矿化定量；
(E/F) 50% 浸提 ALP、矿化定量；
(G-J) 成骨基因 ALP、RUNX2、COL-1、OCN 表达；
(K/L) BMP2 免疫荧光与荧光定量。
图 5 三种合金体外抗大肠杆菌、金黄色葡萄球菌性能
(A) 细菌活死荧光染色；
(B) 抑菌环实验实物；(C/D) 金葡菌、大肠杆菌抑菌环面积统计；
(E) 菌落平板培养；(F/G) 菌落数量定量；
(H) 金黄色葡萄球菌扫描电镜形貌；(I) 大肠杆菌扫描电镜形貌。
图 6 浸提液直接促成骨分化（25%、50% 浓度）
(A) 25% 浸提 ALP、茜素红染色；(B/C) 对应定量；
(D) 50% 浸提 ALP、茜素红染色；(E/F) 对应定量；
(G-J) ALP/RUNX2/COL-1/OCN 基因表达；
(K/L) BMP2 免疫荧光与定量。
图 7 大鼠皮下混合菌感染模型体内抗菌实验
(A) 动物造模、细菌回收两种方法流程图；
(B) 支架表面、组织表面细菌菌落平板；
(C/D) 支架、组织表面菌落定量；
(E) 支架表面细菌扫描电镜；
(F) 组织吉姆萨染色（蓝细菌、红炎性细胞）。
图 8 皮下感染组织炎症免疫荧光检测
(A) 组织 H&E 染色（放大图显示炎性浸润）；
(B) M1（iNOS）、M2（Arg-1）免疫荧光；
(C) 血管标志物 VEGF 免疫荧光；
(D-F) iNOS、Arg-1、VEGF 荧光强度定量。
图9：大鼠股骨髁感染骨缺损体内修复结果
(A) 8 周 Micro-CT 三维重建新骨；
(B) 硬组织亚甲基蓝 - 品红染色；
(C) 支架截面扫描电镜 + Ti/Zn/Ag/Ca/P 元素 EDS 面扫。
图10：转录组：Zn-0.8Li-0.5Ag 抑制 LPS 诱导巨噬炎症
(A) 差异基因火山图；
(B) 下调基因 GO 功能富集；
(C) KEGG 通路气泡富集图；
(D) LPS 上调基因与药物处理下调基因韦恩图；
(E) 差异最显著前 10 基因表达热图。
图11：核心靶标 Gbp2 基因、蛋白验证
(A) 关键炎症基因 mRNA 定量；
(B) Gbp2 相关 GO 通路互作网络图；
(C/D) Gbp2 蛋白 WB 与灰度统计；
(E/F) 组织 Gbp2 免疫组化染色与定量。
图12：Zn-0.8Li-0.5Ag 支架抗感染分子机制示意图
支架释放 Zn²⁺/Li⁺/Ag⁺抑制 NF-κB 通路，下调 Gbp2 表达；Gbp2 减少则无法激活 NLRP3 炎症小体，降低 IL-1β 释放，缓解局部持续性炎症，同步实现杀菌与骨修复。
结论
该研究利用激光选区熔化增材制造技术，制备具有 TPMS 互通多孔结构的 Zn-0.8Li-0.5Ag 三元可降解锌基骨支架。Li 元素通过 LiZn₄第二相强化大幅提升支架压缩力学性能，Ag 合金化适度调控降解速率，释放 Zn²⁺、Li⁺、Ag⁺复合离子。体外实验证实该支架具备三重生物活性：①广谱杀灭金黄色葡萄球菌、大肠杆菌并抑制生物膜；②下调 Gbp2 基因，阻断 NLRP3 炎症通路，诱导巨噬细胞由促炎 M1 向修复型 M2 极化，显著缓解 LPS 诱导慢性炎症；③协同促进骨髓间充质干细胞成骨分化、矿化与血管生成。皮下感染大鼠模型证明支架可高效清除局部细菌、减少炎性细胞浸润；股骨髁感染骨缺损模型显示材料可体内逐步降解，诱导大量新生骨与有序胶原沉积，主要脏器无病理损伤，体内生物安全性良好。分子机制层面，转录组、蛋白印迹、组织免疫染色共同验证 Gbp2 是调控感染骨持续性炎症的核心靶标，Zn-Li-Ag 离子协同抑制 Gbp2 表达是支架抗炎修复的关键通路。该一体化多功能可降解多孔支架同时匹配骨力学、抗感染、抗炎、促成骨多重临床需求，为临床感染性骨缺损、慢性骨髓炎提供新型无抗生素植入修复材料，具备良好临床转化价值；研究局限为动物未构建原位感染骨缺损模型，后续可优化动物实验进一步推进转化研究。
全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76705
参考文献：3D-Printed Biodegradable Zn-Li-Ag Porous Scaffolds Promote Infected Bone Regeneration by Alleviating Inflammation via Gbp2 Suppression.Yue Han, Jiabao Dai, Qi Li, Yufeng Zheng, Peng Wen, Dandan Xia, Yongsheng Zhou.2026, DOI:10.1002/adfm.76705
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