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針對上述問題，武漢大學口腔醫(yī)院吳濤團隊開發(fā)了一種名為Bonyzymes的多功能智能骨修復材料。該材料創(chuàng)新性地將介孔羥基磷灰石（MHA）三維支架與CeO?-Cu異質(zhì)結(jié)納米酶相復合，利用界面電荷轉(zhuǎn)移機制將納米酶的CAT與SOD活性提升一個數(shù)量級，從而同步實現(xiàn)高效ROS清除、廣譜抗菌（尤其對牙齦卟啉單胞菌近乎滅菌）及增強骨誘導的三重功能。這種"材料-生物"一體化策略為種植體周圍炎提供了"抗炎-抗菌-成骨"協(xié)同治療的新范式。該文章于2025年6月25日以《Bonyzymes: Efficient Anti-Inflammatory, Antibacterial and Osteogenic Agents for Peri-Implantitis Reconstruction Treatment》為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202503585）。

Bonyzymes治療種植體周圍炎的示意圖：通過CeO?-Cu異質(zhì)結(jié)高效清除ROS、釋放Cu2?殺菌、促進骨再生

（1）Bonyzymes的合成策略與結(jié)構(gòu)表征

MHA載體由水熱水合法制備后，經(jīng)原位礦化-化學還原兩步獲得CeO?-Cu異質(zhì)結(jié)：MHA表面磷酸基團靜電吸附Ce3?并原位生成CeO?，再以水合肼還原錨定Cu納米顆粒，形成穩(wěn)定界面。FESEM與TEM（圖1B,C）表明MHA呈棒狀聚集體，CeO?與Cu納米顆粒均勻分布于基質(zhì)及介孔；HRTEM（圖1D）給出0.28 nm（HAp 211）、0.31 nm（CeO? 111）和0.21 nm（Cu 111）三組晶格條紋，證實三相共存。EDS面掃（圖1E）顯示Ca、P、O、Ce、Cu元素共分布。XRD（圖1F）中，MHA僅出現(xiàn)Ca?(PO?)?(OH)峰，引入CeO?后方鈰礦相峰出現(xiàn)，三元材料進一步呈現(xiàn)Cu(111)峰。XPS全譜（圖1G）確認表面含Ca、P、O、Ce、Cu；高分辨Ce 3d（圖1H,I）顯示Cu負載后Ce3?峰強度顯著上升，表面Ce3?比例由34.56%增至39.94%，Ce??相應降低。

圖1 MHA-CeO?-Cu的表征：(A)合成示意圖；(B)SEM圖像；(C)TEM圖像；(D)HRTEM晶格分析；(E)元素分布；(F)XRD圖譜；(G)XPS全譜；(H)Ce 3d高分辨XPS；(I)Ce價態(tài)分析

（2）抗氧化性能的深度解析與催化機制闡明

圖2A-D顯示，MHA-CeO?-Cu的CAT活性為158.6 U mg?1，較MHA-CeO?提高約12倍；SOD活性89.4 U mg?1，提高近8倍；總抗氧化能力提高約100倍。DFT構(gòu)建CeO?(111)與CeO?-Cu模型，Bader電荷分析表明Cu向CeO?轉(zhuǎn)移1.27 e?；差分電荷密度圖（圖2I）示Cu區(qū)耗盡、CeO?表面氧位點積聚。該調(diào)制使SOD決速步能壘由0.9945 eV降至0.654 eV，CAT由2.4917 eV降至1.2451 eV（圖2G,H）。DOS（圖2J）表明Cu-3d與Ce-4f雜化，增強界面電子傳輸。級聯(lián)反應將·O??→H?O?→H?O+O?（圖2K），通過阻斷ROS-NF-κB-破骨分化通路為骨再生提供低ROS微環(huán)境。

圖2 抗氧化性能與機制：(A-D)CAT、SOD、超氧陰離子清除和總抗氧化能力（n=5）；(E)DFT計算模型；(F)反應路徑；(G,H)SOD/CAT反應能壘；(I)差分電荷密度；(J)態(tài)密度分析；(K)抗氧化機制示意圖

（3）體外生物相容性系統(tǒng)評價

大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）在0.1、0.2 mg/mL Bonyzymes浸提液中培養(yǎng)5天后，活/死染色及F-actin骨架圖像（圖3A）顯示細胞呈星形或紡錘形，肌動蛋白纖維完整，無毒性征象；CCK-8測定（圖3B）表明各組活力無統(tǒng)計學差異，0.2 mg/mL MHA-CeO?-Cu組第5天OD450值略高。據(jù)此，后續(xù)實驗以0.2 mg/mL為工作濃度，該劑量兼顧生物相容性與納米酶/活性離子釋放需求。

圖3 生物相容性：(A)BMSCs細胞骨架染色；(B)CCK-8細胞活力檢測；(C,D)第7天ALP染色與活性定量（n=3）；(E,F)第21天茜素紅染色與半定量（n=3）；(G-I)第7天成骨基因表達；(J)第7天成骨蛋白表達；(K-M)第14天成骨基因表達；(N)第14天成骨蛋白表達

（4）體外成骨分化潛能的多維度驗證

成骨誘導7 d，ALP染色（圖3C）及定量（圖3D）顯示MHA-CeO?-Cu組活性為空白對照的2.3倍；21 d茜素紅（圖3E）鈣結(jié)節(jié)覆蓋38.6%，高于MHA組的12.4%（圖3F）。qRT-PCR（圖3G-I, K-M）示Alp、Bsp、Ocn在第7、14天顯著上調(diào)，其中Ocn第7天達空白組4.8倍；Western blot（圖3J,N）同步驗證ALPL、BSP、OCN蛋白增強。結(jié)果提示Cu2?緩釋與表面微環(huán)境調(diào)控在保留MHA骨傳導基礎上進一步提升骨誘導。

（5）抗菌活性與免疫調(diào)控功能的協(xié)同效應

CFU計數(shù)（圖4A-F）表明，200 μg/mL MHA-CeO?-Cu對S. aureus、E. coli抑菌率為78.3%與82.1%，對P. gingivalis菌落降至檢測下限，近乎滅菌。LPS刺激的RAW264.7模型中，該組Il-1β、Tnf-α mRNA較LPS組下降89%、76%，Il-10升高5.2倍（圖4G-J）；ELISA測得IL-10蛋白156.3 pg mL?1，TNF-α抑制85%（圖4K,L），提示M2極化。RNA-Seq PCA（圖5A）將LPS+MHA-CeO?-Cu組獨立聚類；差異基因共352個上調(diào)、148個下調(diào)，Hmox1增12.6倍，Mt1/Mt2增8–10倍（圖5B,C）。GO（圖5D,E）富集于氧化應激響應及輔因子代謝，PPI網(wǎng)絡（圖5F）呈緊密模塊，KEGG（圖5G）鎖定FoxO、MAPK通路，表明材料通過激活內(nèi)源性抗氧化體系與重編程炎癥網(wǎng)絡實現(xiàn)免疫微環(huán)境重塑。

圖4（A）金黃色葡萄球菌培養(yǎng)照片；（B）金葡菌活菌計數(shù)；(C) 大腸桿菌培養(yǎng)照片；(D) 大腸桿菌活菌計數(shù)；(E) 牙齦卟啉單胞菌培養(yǎng)照片；(F) 牙齦卟啉單胞菌活菌計數(shù)；(G-J) RAW264.7巨噬細胞的炎癥相關基因表達水平；(K,L) 巨噬細胞炎癥因子蛋白水平檢測

圖5 (A) 不同處理組巨噬細胞轉(zhuǎn)錄組PCA分析；(B) 差異表達基因火山圖；(C) 前27個顯著差異基因熱圖；(D) 差異基因GO功能富集分析；(E) 炎癥氧化應激相關功能弦圖；(F) 蛋白互作網(wǎng)絡；(G) 關鍵抗氧化基因表達驗證

（6）體內(nèi)治療效應的系統(tǒng)性評價

大鼠上頜第一磨牙拔除4周后植入鈦種植體，3個月以絲線結(jié)扎+S. aureus/P. gingivalis（各5×10? CFU mL?1）感染1個月建立種植體周圍炎模型（圖6A,B）。清創(chuàng)后植入MHA-CeO?-Cu+Bio-Oss混合物，8周Micro-CT（圖6C-H）示未治療組垂直骨喪失0.82±0.11 mm，MHA-CeO?-Cu組降至0.21±0.05 mm，骨高度恢復74.3%；BV/TV達42.6%，高于其余各組（圖6I）。H&E（圖7A）示該組炎性浸潤減少，破骨細胞數(shù)下降>80%；甲苯胺藍（圖7B）見骨邊緣深藍帶提示新骨形成。雙熒光標記（圖7C-E）第7周xylenol orange紅熒光強度為calcein綠熒光的3.2倍，表明后期礦化沉積速率顯著加快。

圖6 (A) 動物實驗流程圖（建模與治療）；(B) 大鼠口內(nèi)照片顯示種植體周圍炎建模與治療過程；(C) Micro-CT矢狀面圖像（8周后）；(D) Micro-CT冠狀面圖像（8周后）；E-H) 種植體周圍骨高度恢復定量分析；(I) 骨體積/組織體積比（BV/TV）分析（n=5）

圖7 (A) 種植體周圍骨組織H&E染色（綠箭頭：炎癥細胞簇；藍箭頭：破骨細胞；黃箭頭：殘留材料）；(B) 甲苯胺藍染色（紅箭頭：深染新骨形成區(qū)）；(C) 雙熒光標記（綠色：鈣黃綠素；紅色：二甲酚橙）；(D) 綠色熒光強度定量；(E) 紅色熒光強度定量