随着全球人口老龄化加速，骨质疏松症已逐渐成为一种常见的慢性疾病，主要影响老年人和绝经后妇女。骨质疏松的特征是骨微结构破坏、骨量减少和骨脆性增加，成骨细胞介导的骨形成减少，破骨细胞介导的骨吸收增强，增加了骨折和骨缺损的风险。当前的研究主要集中在促进骨形成或抑制骨吸收，但单一目标治疗策略的骨修复效果有限。鉴于此，同济大学附属第十人民医院郑龙坡教授团队提出了一种“双向调控”骨稳态策略，可同时调控成骨和破骨细胞的分化进程，以恢复骨稳态并促进骨质疏松性骨修复。相关研究成果近日在线发表于国际权威期刊《先进科学》（Advanced Science），论文题为“Ultrasound-Responsive Piezoelectric Membrane Promotes Osteoporotic Bone Regeneration via the ‘Two-Way Regulation’ Bone Homeostasis Strategy”。

近年来，外源性电刺激和重建电生理微环境在组织修复领域展现出广阔前景。该研究通过对无铅压电材料KNN进行羟基化改性，与传统中药成分柴胡皂苷D（SSD）结合，制备KNN-SSD纳米颗粒，真空抽滤下将压电纳米颗粒嵌入脱细胞脂肪组织（DAT），形成具有高压电性能、良好生物相容性和可降解性的超声（US）驱动压电复合膜（DAT/KS）。在体外实验中，评估DAT/KS膜对骨髓间充质干细胞（BMSCs）状态和成骨分化的影响，以及对破骨细胞分化和功能的抑制作用。DAT/KS膜在超声刺激下能够控制压电刺激和SSD释放，促进BMSCs的增殖并提升能量状态，加速细胞迁移和募集；BMSC膜表面机械敏感离子通道（Piezo1）开放，触发钙离子内流，细胞骨架收缩振动并引发细胞行为学变化，表现为碱性磷酸酶（ALP）活性增加和矿化结节形成；通过激活经典和非经典Wnt信号通路，上调成骨相关基因和蛋白的表达，加速了成骨分化进程。此外，对于破骨细胞的调节，DAT/KS膜有效抑制破骨细胞分化和功能，减少破骨细胞数量和骨吸收面积。

在体内实验中，分别建立皮下包埋和骨质疏松大鼠骨缺损模型，评估DAT/KS膜的生物相容性和骨修复效果。DAT/KS膜在体内具有良好的生物相容性，减少炎症反应和异物巨细胞形成，并促进血管生成，为骨修复提供充足的血液供应；在骨质疏松大鼠骨缺损模型中，DAT/KS膜植入组在超声干预下，增加新骨形成和骨量，抑制破骨细胞活性，重建了骨稳态，促进了骨缺损修复。

本文成功开发了一种超声响应的压电复合膜（DAT/KS），该膜通过“双向调节”策略同时促进成骨分化和抑制破骨细胞生成，有效恢复骨稳态并增强骨质疏松性骨修复，为骨质疏松性骨缺损的治疗提供了新的潜在方法。

郑龙坡教授为论文的第一通讯作者，同济大学附属第十人民医院为第一通讯单位，同济大学附属第十人民医院刘俊建教授和复旦大学口腔医院曹文涛副研究员为论文共同通讯作者，同济大学2023级博士研究生吴鑫汇、同济大学附属第十人民医院王天龙博士后和同济大学2022级博士研究生赵锦辉为论文的共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划、上海市经济和信息化委员会推进工业高质量发展专项和国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202504293