近日，大学唐都医院郭征教授团队在国际顶尖杂志《ACS Nano》（IF：15.8）上发表研究论文。

这项研究基于单细胞测序发现在感染性骨缺损组织中，Icam1+巨噬细胞表现出明显的氧化磷酸化功能抑制，这一现象与骨修复的障碍密切相关。针对这一问题，郭征教授课题组在前期研发的钛酸钡压电纳米颗粒基础上，基于高温固相合成方法制备出兼具磁响应性和超声响应力-电转换特性的铁掺杂钛酸钡（BFTO）纳米颗粒，并进一步包裹在工程化间充质干细胞膜（EMM）中，形成可靶向Icam1+巨噬细胞的BFTO@EMM纳米颗粒。新型纳米颗粒在交替磁场（AMF）作用下能够破坏细菌生物膜并杀灭潜伏细菌，而在低强度脉冲超声（LIPUS）刺激下则能通过力-电转换效应激活Icam1+巨噬细胞中的氧化磷酸化过程和成骨免疫应答，最终有效控制复杂感染并实现骨缺损修复再生。

唐都医院骨科郭征教授为通讯作者，西京医院石磊副教授和西安交通大学郭保林教授为共同通讯作者，唐都医院骨科吴昊讲师为第一作者，陈长城硕士、陆军军医大学烧伤研究所李江峰副研究员和唐都医院骨科余冬梅副研究员为文章的共同第一作者。

感染性骨缺损作为骨科领域极具挑战性的临床难题，病理表现为持续性细菌感染、炎症微环境失衡及骨再生障碍的恶性循环。传统治疗模式基于“清创-抗生素-骨移植”的治疗疗法存在生物膜清除困难、局部药物渗透受限及骨整合效率低下等制约因素，导致高复发率及长期骨不愈合风险。本研究针对这一临床困境，首次揭示Icam1+巨噬细胞为制约感染性骨缺损修复再生的关键细胞亚群，并创新性地构建了基于铁掺杂钛酸钡（BFTO）的多功能纳米颗粒，通过磁-声双模态物理刺激协同调控感染微环境与骨再生进程。这些纳米颗粒包裹在γ3（Icam1靶向肽）工程化干细胞膜（EMM）中，增强了对Icam1+巨噬细胞的靶向递送。在外部交替磁场作用下，纳米颗粒产生磁热效应有效破坏细菌生物膜并对深部耐药菌进行杀灭。而在外源性超声刺激下，纳米颗粒可靶向产生电信号激活Icam1+巨噬细胞的氧化磷酸化过程增强其成骨免疫应答。最后，本研究进一步将双响应纳米颗粒基于3D打印方法整合制备出具备多孔结构的抗感染骨修复支架，不仅为骨修复提供了结构支撑，还通过纳米颗粒释放增强了其抗菌成骨效果。

研究示意图如上：将具备磁/超声双响应的可降解支架植入感染性骨缺损模型，通过磁引导抗感染和超声靶向激活Icam1+巨噬细胞，实现序贯响应的感染控制和骨再生修复。

本研究首次揭示了Icam1+巨噬细胞氧化磷酸化障碍导致感染性骨缺损修复障碍这一关键机制，并创新性地将磁-压电耦合纳米材料应用于感染性骨缺损的协同治疗，突破了传统治疗中感染控制与骨再生难以同步实现的瓶颈，不仅为智能骨修复材料的研发提供全新的理论框架和技术路径，也为攻克感染性骨缺损这一极具挑战性的临床难题提供了前景广阔的解决方案。