IF＞23！香港中文大学秦岭联合团队：采用共轭同轴纳米纺纱技术构建人工韧带，破解ACL重建腱—骨愈合难题

过去很多研究只用镁，或者只用蛛丝蛋白。香港中文大学秦岭教授、许建坤教授课题组联合中山大学王佳力教授课题组，创新性采用共轭同轴纳米纺纱技术，同时将氧化镁（MgO）与重组蛛丝蛋白（rSp）两种热门生物活性材料有机复合到同一套支架体系中，制备得到纳米——宏观尺度双核壳结构生物人工韧带（PMRP 组）。

两种活性组分各司其职、互补协同

• 氧化镁（MgO）：释放镁离子，早期促进成骨、调控神经肽CGRP表达、调节巨噬细胞向修复表型极化，加速骨修复；

• 重组蛛丝蛋白（rSp）：低免疫原性，高细胞亲和性，上调整合素ITGA5等黏附基因，给干细胞提供附着支点，维持持久细胞黏附能力。

图2.人工韧带制备实物图、宏观微观形貌与体外力学性能

体外实验先筛选得到MgO、rSp最优浓度均为 6wt%。细胞实验显示PMRP组骨髓间充质干细胞增殖能力优异；ALP、茜素红染色证实其成骨分化能力最强。qPCR结果表明，黏附基因Itga5、Itgb1，成骨基因Bmp2、Runx2以及促血管生成基因Vegfa均显著上调，细胞在材料表面铺展黏附状态良好。

图4.生物膜材料的细胞活性、碱性磷酸酶（ALP）、茜素红S染色结果

研究构建大鼠ACL重建模型，设置PET、PP、PRP、PMP、PMRP五组进行体内对照验证。

Micro——CT结果表明，术后3/6/12周，PMRP 组骨隧道骨密度 BMD、骨体积分数BV/TV显著优于PET组，新骨矿化效果更好，可缓解骨隧道扩大。生物力学测试中，PMRP组各时间点极限失效载荷与刚度均最佳，力学性能优于大鼠自体肌腱，满足动物体内使用要求。

组织学证实修复效果：PMRP材料可有序降解，降解区域被新生组织填充。术后3~6周，细胞黏附（ITGA5）、成骨（BMP2、RUNX2）、神经——成骨耦合（CGRP）相关标志物高表达；未脱钙切片显示PMRP组术后 3 周即出现显著新骨矿化，早期大量生成Sharpey样锚定纤维，将移植物锚定在骨隧道，而 PET 组直至 12 周才少量出现该纤维。

CatWalk 步态分析显示，早期各组行为学差异较小；术后 12 周PMRP组患侧后肢接触面积、接触强度、步长均更优，膝关节负重与运动功能恢复更佳。

1. 材料层面：首次共轭同轴静电纺丝，用于制备 “纳米——宏观层级双核壳” 人工韧带，把结构仿生 + 生物活性分子释放集成在一套材料，为新一代人工韧带的设计提供完整方案。

2. 机制层面：证实 MgO 与重组蛛丝蛋白存在协同效应：蛛丝蛋白强化细胞黏附，镁离子驱动早期成骨、神经肽 CGRP 通路激活，共同加速腱——骨界面修复。

3. 临床转化潜力：动物概念验证研究提示，未来有机会开发新型生物人工韧带，减少自体取腱带来的供区损伤，改善 ACL 重建远期愈合效果，帮助运动爱好者重返运动。

这项工作跳出单纯追求力学强度的人工韧带设计思路，通过层级仿生结构 + 双活性组分协同，解决 PET 材料生物惰性痛点，为新一代促腱—骨整合生物人工韧带提供完整研发思路。同时，共轭同轴纳米纺纱工艺的实现，也依托国产多功能静电纺丝装备降低了仿生多级支架的研发门槛，为运动医学植入物从实验室论文走向临床转化打下坚实基础。

DOI：10.1016/j.bioactmat.2026.05.003

实现该类跨尺度生物人工韧带研发，需要设备同时支持同轴静电纺丝+共轭纳米纺纱。佛山微迈E04多功能静电纺丝机，集成单针、多针、共轭、同轴、气流纺、静电喷雾、纳米纺纱等多功能于一体，非常适配人工韧带、骨 / 软骨支架等梯度复合支架开发。

E04 核心能力匹配本论文工艺需求

• 共轭 + 同轴一体化：可搭载同轴喷头，实现共轭同轴纺纱，将纳米纤维组装成宏观纱线，复刻论文里 “纳米——宏观” 层级韧带制备流程；

• 闭环温湿度控制：集成变频除湿，可减少因溶剂挥发波动，造成的滴液、挂丝等现象，保障含蛋白、镁氧化物复合纳米纤维形貌稳定，实验可重复；

• 数据存储回溯：电压、推速、接收距离参数可保存调用，方便配方迭代；

• 模块化拓展：可自由切换单针、多针阵列、同轴喷头、纳米纺纱组件，一套设备覆盖膜、纤维纱线多种生物材料制备，降低课题组设备投入成本。