多功能镁基金属有机框架掺杂生物可降解骨水泥：抗菌、抗炎及促成骨分化

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摘要：
本文将具有抗菌抗炎性能的镁没食子酸MOF（Mg-MOF）掺杂到硫酸钙/柠檬酸钙/无水磷酸氢钙（CS/CC/DCPA）复合骨水泥中，其微观结构和固化性能受影响较小，机械强度从27 MPa提升至32 MPa。该骨水泥4小时内可有效抑制金黄色葡萄球菌（存活率<10%），能调控巨噬细胞极化及炎症因子，促进小鼠骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化，高表达成骨相关基因和蛋白，适用于非承重骨缺损修复。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：骨缺损修复中，传统骨水泥存在机械强度不足、易感染、炎症反应明显等问题；现有解决方案如添加抗生素、纳米氧化物等，易降低机械性能或引发耐药性。
2. 本文创新：将Mg-MOF掺杂到CS/CC/DCPA骨水泥中，借助Mg-MOF的多酚羟基和镁离子，赋予骨水泥抗菌、抗炎、促成骨多功能，且不破坏水泥原有性能。

实验部分：
1. Mg-MOF合成：2g没食子酸溶于25mL蒸馏水，加入2g六水氯化镁搅拌20分钟，用5M KOH调pH至8-9，120℃水热反应60小时，洗涤冻干后得10-15μm块状晶体。
2. 复合骨水泥制备：按配方混合CS、CC、DCPA、羟丙基甲基纤维素（HMC）及不同比例Mg-MOF（M3为0.3%，M5为0.5%），球磨2小时，按液固比0.3mL/g加水混匀，注入模具固化。
3. 性能测试：进行抗菌（金黄色葡萄球菌、大肠杆菌）、细胞增殖（CCK-8法）、成骨分化（ALP活性、钙结节染色）、抗炎（LPS诱导巨噬细胞模型）等实验。

分析测试：
1. 结构表征：XRD证实Mg-MOF成功掺杂，复合水泥含CSH、CSD等物相；FT-IR显示特征官能团，XPS检测到Mg元素（M5的Mg 2p峰），EDS表明元素均匀分布。
2. 物理性能测试：M0、M3、M5终凝时间分别为27.5、32.2、34.6分钟；抗压强度分别为27.2、29.8、32.0 MPa；体外降解120小时，M3、M5的Mg-MOF累积释放率达67.7%、72.1%。
3. 生物性能测试：M5对金黄色葡萄球菌抑制圈直径20.59mm，4小时存活率7.1%；M3的IL-6表达704.3pg/mL，IL-10表达26363.6pg/mL；成骨相关基因Runx2、BMP2等显著上调。
4. 机理揭示：Mg-MOF的多酚羟基破坏细菌细胞膜，镁离子和没食子酸调控巨噬细胞极化，协同水泥基质促进成骨分化。

总结：
1. 主要结果：成功制备多功能复合骨水泥，兼具抗菌、抗炎、促成骨性能，机械强度提升，固化和降解性能良好。
2. 创新突破：低掺杂量Mg-MOF实现骨水泥多功能集成，避免单一功能改性的缺陷。
3. 潜在意义：为感染性骨缺损修复提供新型材料，推动生物医用MOF复合材料的临床应用。

Multifunctional magnesium-organic framework doped biodegradable bone cement for antibacterial growth, inflammatory regulation and osteogenic differentiation
文章作者：B. Wang, H. Chen, S. Peng, X. Li, X. Liu, H. Ren, Y. Yan, Q. Zhang
DOI：10.1039/d2tb02705d
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/tb/d2tb02705d

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