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针对上述问题，六安市人民医院袁先发团队设计了一种可注射光交联GelMA水凝胶，整合槲皮素负载的Zif-8纳米颗粒（Que@Zif-8/Gel），以实现骨缺损修复的协同效应。该水凝胶系统结合了GelMA的结构支撑、Zif-8的pH响应释放特性和槲皮素的成骨及免疫调节活性。本研究采用低浓度Zif-8作为槲皮素的功能载体，提高活性分子在可注射水凝胶系统中的分散均匀性和长期稳定性，优化其缓释动力学和生物利用度。该文章于2026年6月30日以《Injectable photo-crosslinkable GelMA hydrogel incorporating quercetin@Zif-8 nanocarriers for osteoimmunomodulation and bone regeneration》为题发表于《Chemical Engineering Journal》（DOI: 10.1016/j.cej.2026.178889）。

方案1. 槲皮素@Zif-8/凝胶水凝胶的制备及应用示意图。槲皮素@Zif-8均匀分散于水凝胶中。当槲皮素@Zif-8/凝胶植入骨缺损部位后，随着水凝胶缓慢降解，活性物质逐步释放，促进骨缺损的渐进愈合。

（1）Que@Zif-8/c表征

顺利获得温和沉法在室温下合成Zif-8纳米颗粒，将槲皮素溶解于乙醇并与新鲜制备的Zif-8混合，使槲皮素扩散进入多孔框架，经离心、洗涤和真空干燥取得Que@Zif-8纳米颗粒。将Que@Zif-8纳米颗粒均匀分散于GelMA预聚物溶液（含0.25% w/v光引发剂）中，经UV照射60s光交联形成固体水凝胶。扫描电镜（SEM）证实Zif-8纳米颗粒呈典型十二面体形态（图1b），槲皮素负载后表面出现特征性包覆层（图1c）。动态光散射（DLS）测得Zif-8粒径分布为61.322 nm（图1d）。能谱（EDS）验证了Zif-8在GelMA水凝胶中的均匀分布（图1e）。宏观图像显示水凝胶具有稳定的类固体性质（图1f）。SEM观察表明，不同GelMA浓度（5%、10%、15%）的水凝胶均呈现均匀有序的三维多孔网络结构，且孔密度随GelMA浓度升高而增加（图1g-h）。水接触角（WCA）测量显示浓度依赖性增加（图1i）。溶胀比分析表明较高GelMA浓度对应较低溶胀（图1j）。体外降解曲线显示GelMA浓度越高降解越慢（图1k）。压缩应变分析表明机械强度随GelMA浓度升高而增强（图1l）。流变学测试显示储能模量（G'）和损耗模量（G''）呈浓度依赖性增加（图1m-n）。累积槲皮素释放曲线显示可持续释药行为，42天内释放约60%（图1o）。

图1. Que@Zif-8/Gel水凝胶的结构和物理化学表征。（a）Que@Zif-8/Gel水凝胶合成示意图。（b）显示Zif-8纳米颗粒典型十二面体形态的SEM图像。（c）确认槲皮素成功负载到Zif-8纳米颗粒的SEM显微照片。（d）Zif-8纳米颗粒的粒径分布。（e）EDS验证Zif-8在GelMA水凝胶中的均匀分布。（f）水凝胶的宏观图像，显示稳定的类固体性质。（g-h）不同GelMA浓度水凝胶的SEM图像和孔密度定量分析，显示较高浓度下孔隙率增加。（i）不同GelMA浓度水凝胶的水接触角（WCA）测量。（j）溶胀比分析，表明较高GelMA浓度下溶胀较低。（k）体外降解曲线，显示GelMA浓度增加降解减慢。（l）压缩应变分析，表明较高GelMA浓度下机械强度增强。（m-n）水凝胶的流变学性质，显示浓度依赖性弹性模量（G'）和储能模量增加。（o）Que@Zif-8/Gel水凝胶的累积槲皮素释放曲线，表明可持续药物释放行为。比例尺：（b）和（c）为50 µm，（d）为100 µm，（g）为20 µm。

（2）Que@Zif-8/Gel水凝胶的细胞相容性评估

将骨髓间充质干细胞（BMSCs）与水凝胶共培养，活/死染色显示第0天和第3天各组细胞均存活良好（图2a）。钙黄绿素-AM染色显示BMSCs在水凝胶表面呈弥散分布和粘附状态（图2b）。CCK-8检测显示Que@Zif-8/Gel组第3天BMSCs增殖显著高于其他组（图2c）。溶血试验表明各水凝胶组溶血率均低于5%，具有优异的血液相容性（图2d）。

图2. Que@Zif-8/Gel水凝胶的细胞相容性评估。（a）第0天和第3天水凝胶培养BMSCs的活/死染色。（b）钙黄绿素-AM染色显示BMSCs在水凝胶表面的弥散分布和粘附。（c）CCK-8检测揭示Que@Zif-8/Gel组第3天BMSCs增殖显著增加。（d）溶血试验表明水凝胶具有优异的血液相容性。数据以平均值±标准差表示（n=3）。采用单因素方差分析确定统计学显著性。*p<0.05。比例尺：（a）为200 µm。

（3）Que@Zif-8/Gel水凝胶的体外血管生成和免疫调节效应

划痕实验显示，Que@Zif-8/Gel组HUVECs在24h迁移显著增强（图3a），定量分析证实内皮细胞运动性显著提高（图3b）。管腔形成实验显示Que@Zif-8/Gel组毛细血管样网络形成增加（图3c-d）。免疫荧光和定量分析显示，Que@Zif-8/Gel组M1型巨噬细胞标志物CD86表达降低（图3e-f），M2型标志物CD206表达升高（图3g-h）。ELISA定量显示Que@Zif-8/Gel组IL-10分泌升高、TNF-α分泌降低（图3i-j）。Western blotting证实Que@Zif-8/Gel组IL-10上调、TNF-α下调（图3k）。qPCR验证Que@Zif-8/Gel组显著下调TLR4 mRNA（NF-κB信号关键上游调控因子）并上调Arg-1 mRNA（经典M2巨噬细胞标志物）。WB分析显示Que@Zif-8/Gel显著降低p-P65磷酸化水平（NF-κB激活直接指标）。

图3. Que@Zif-8/Gel水凝胶的体外血管生成和免疫调节效应评估。（a）24h HUVECs划痕实验显示Que@Zif-8/Gel组迁移增强。（b）迁移面积定量分析确认Que@Zif-8/Gel组内皮细胞运动性显著促进。（c）管腔形成实验显示Que@Zif-8/Gel组毛细血管样网络形成增加。（d）管腔数量定量分析。（e,f）M1标志物CD86的免疫荧光和定量分析显示Que@Zif-8/Gel组表达降低。（g,h）M2标志物CD206的免疫荧光和定量分析显示Que@Zif-8/Gel组表达升高。（i,j）培养上清中IL-10和TNF-α的ELISA定量显示Que@Zif-8/Gel组抗炎和促炎细胞因子分泌变化。（k）代表性Western blotting条带确认Que@Zif-8/Gel组IL-10上调和TNF-α下调。数据以平均值±标准差表示（n=3）。采用单因素方差分析确定统计学显著性。p<0.05，**p<0.001。比例尺：（a）和（c）为200 µm，（e）和（g）为50 µm。

（4）Que@Zif-8/Gel水凝胶促进BMSCs体外成骨分化

在成骨诱导条件下，茜素红S（ARS）染色21天后显示Que@Zif-8/Gel组出现广泛矿化结节，其他组结节较小且稀疏（图4a），定量分析证实矿化面积显著增加（图4b）。碱性磷酸酶（ALP）染色显示Que@Zif-8/Gel组早期成骨分化增强（图4c-d）。免疫荧光显示Que@Zif-8/Gel组COL-1和OPN表达水平显著更高，荧光面积更大、相对荧光强度更高（图4e-h）。ELISA检测显示Que@Zif-8/Gel组OPN和OCN分泌显著升高（图4i-j）。Western blotting证实Que@Zif-8/Gel组ALP和OPN蛋白表达增加（图4k）。RT-qPCR显示仅Que@Zif-8/Gel组RUNX2和OCN mRNA水平显著上调。机制上，Que@Zif-8/Gel的增强成骨反应归因于槲皮素和Zif-8释放的Zn²⁺的协同调控效应，可能顺利获得PI3K-Akt信号通路调节细胞分化和增殖。

图4. 不同水凝胶培养BMSCs的成骨分化。（a）21天ARS染色显示Que@Zif-8/Gel组矿化结节广泛。（b）ARS面积定量分析显示Que@Zif-8/Gel组显著增加。（c）ALP染色显示Que@Zif-8/Gel组早期成骨分化增强，（d）定量分析确认ALP阳性面积升高。（e,f）COL-1免疫荧光和定量显示Que@Zif-8/Gel组表达更高、分布更广。（g,h）OPN免疫荧光和定量显示Que@Zif-8/Gel组表达更高、分布更广。（i,j）培养上清中OPN和OCN的ELISA测量显示Que@Zif-8/Gel组分泌显著更高。（k）代表性Western blotting条带显示Que@Zif-8/Gel组ALP和OPN蛋白表达增加。数据以平均值±标准差表示（n=3）。采用单因素方差分析确定统计学显著性。p<0.05，p<0.01，p<0.001。比例尺：（a）为100 µm，（c）为200 µm，（e）和（g）为50 µm。

（5）Que@Zif-8/Gel水凝胶促进大鼠颅骨缺损体内骨再生

在SD大鼠临界尺寸颅骨缺损模型中，Que@Zif-8/Gel支架植入缺损部位（图5a）。8周后Micro-CT三维重建显示Que@Zif-8/Gel组新骨形成显著，缺损闭合明显优于对照组、Gel组和Zif-8/Gel组（图5b）。定量Micro-CT分析显示Que@Zif-8/Gel组骨密度（BMD）、骨体积分数（BV/TV）和骨小梁厚度（Tb.Th）显著更高（图5c-e）。H&E染色显示Que@Zif-8/Gel组缺损区域富含新生骨组织（图5f）。免疫组化染色显示Que@Zif-8/Gel组I型胶原（Col-1）表达强且广泛（图5g-h）。免疫荧光显示Que@Zif-8/Gel组骨桥蛋白（OPN）荧光信号最强（图5i-j）。CD31免疫组化显示Que@Zif-8/Gel组新生骨组织中CD31阳性血管数量显著更多，管腔结构清晰完整。12周Micro-CT和血常规结果与8周趋势一致。主要器官组织学分析和血常规显示无病理异常或系统毒性。

图5. Que@Zif-8/GelMA水凝胶促进大鼠颅骨缺损骨再生。（a）Que@Zif-8/Gel水凝胶手术植入临界尺寸颅骨缺损的示意图。（b）治疗后8周Micro-CT三维重建，显示Que@Zif-8/Gel组缺损闭合显著。（c-e）骨密度（BMD）、骨体积分数（BV/TV）和骨小梁厚度（Tb.Th）的定量Micro-CT分析，确认Que@Zif-8/Gel组新骨形成显著增强。（f）缺损区域H&E染色，显示Que@Zif-8/Gel组富含新生骨组织。（g-h）I型胶原（Col-1）免疫组化染色和定量分析，显示Que@Zif-8/Gel治疗后基质蛋白沉积显著。（i-j）骨桥蛋白（OPN）免疫荧光染色和定量，显示Que@Zif-8/Gel组成骨蛋白表达最强。数据以平均值±标准差表示（n=3）。采用单因素方差分析确定统计学显著性。p<0.01，*p<0.001。比例尺：（b）为2 mm，（f）为500 µm，（g）和（i）为50 µm。