全球范围内，创伤仍是导致死亡和残疾的主要原因，骨折作为继发性损伤严重降低患者生活质量。目前，自体骨移植虽是治疗骨缺损的“金标准”，但需二次手术，存在疼痛、感染等风险。不规则骨缺损修复面临更大挑战：传统支架难以贴合复杂解剖结构，易导致固定失效、移位和炎症；螺钉、钢板等固定方式在复杂区域操作困难，且需二次取出手术。老年患者长期固定更易引发肺炎 、褥疮等并发症，增加骨不连风险。理想骨修复材料需同时满足三点：贴合不规则缺损、模拟生理性机械刺激、动态响应环境触发以实现稳定固定。
上海交通大学附属第一人民医院宋滇文主任医师、Che Lingbin团队开发出一种光热触发智能绷带，通过双层温敏基板与光热响应水凝胶支架的协同作用，实现温度控制下的动态固定与骨再生。该绷带的温敏基板可在生理条件下自适应贴合骨缺损形状，而3D打印的水凝胶支架（PNG-PDA）能将近红外光（NIR）转化为热能，触发程序化形变并提供机械刺激。体外实验证实，该系统通过调控Wnt/Hippo信号通路增强骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化；动物实验中，新骨生成量达对照组的3.9倍，为骨再生疗法提供全新解决方案。
智能绷带的工作机制
绷带由两层构成：下层为惰性温敏水凝胶（PAG-PDA），上层为光热响应支架（PNG-PDA）。植入后，下层基板在体温下变形以贴合缺损轮廓，而上层支架在NIR照射下收缩，对周围组织施加动态机械力，激活细胞机械敏感蛋白（如整合素、YAP），通过Wnt/Hippo信号通路交叉调控促进成骨基因表达。
图1 设计示意图 a) 双层温敏形变支撑基板 b) 温敏响应支架 c) 植入后支架在缺损区域形成动态机械微环境促进骨再生 d) 机械力激活机械敏感蛋白（整合素、Rho GTP酶等），通过Hippo激酶核心（MST1/2）与Wnt通路（FZD受体）交叉调控，驱动YAP入核促进成骨基因（RUNX2、OCN）表达
光热响应性能
PDA纳米颗粒赋予材料优异光热转换能力：808 nm激光照射60秒后，PNG-PDA温度升至44.5℃（无PDA组仅升温2.7℃）。双层结构在45℃水中快速弯曲141°，37℃时恢复平整，实现可逆形变。3D打印的PNG-PDA支架在光照下体积收缩68%，冷却3分钟内恢复91.3%，经5次循环仍保持稳定性。
图2 PDA水凝胶的光热触发特性 a) PNG、PAG-PDA、PNG-PDA水凝胶在近红外光（NIR）照射前后的原位红外热成像图 b) PNG与PNG-PDA水凝胶在5次NIR激光开关循环中的温度变化统计 c) 双层水凝胶形变过程：室温初始态→45℃热致弯曲→37℃恢复平整（比例尺：1 cm）
图3 支架与智能绷带的化学及光热表征 a) PNG-PDA 3D打印支架的SEM图像（比例尺：50 μm；插图比例尺：500 μm） b) PNG-PDA支架NIR照射前后的红外热成像与实物图 c) NIR照射（1.0 W cm⁻², 5 min）及自然冷却（3 min）过程中支架温升与体积收缩率统计 d) PNG-PDA支架在5次NIR开关循环中的温度响应 e) 智能绷带热致形变贴合曲面并产生固定力（比例尺：2.5 cm）
生物相容性与成骨诱导
BMSCs在PNG-PDA支架上存活率超95%，并呈现纺锤形铺展状态。NIR触发的机械运动显著促进成骨分化：碱性磷酸酶（ALP）活性提高，钙结节形成量增加。机制研究表明，机械力通过激活YAP蛋白上调成骨标志物（Runx2、OCN、COL-1），基因表达量较对照组提升3倍以上。
图4 光热响应支架的生物相容性 a,b) Calcein-AM染色评估BMSCs在不同支架上的细胞活性（比例尺：200 μm） c) CCK8法检测BMSCs增殖 d) BMSCs成骨分化示意图（BioRender绘制） e,f) 各组支架Alizarin Red染色（ARS）宏观图及定量分析（比例尺：5 mm） g-i) BMSCs碱性磷酸酶（ALP）与ARS染色显微图及定量（比例尺：50 μm） （****P<0.0001）
图5 支架促进BMSCs成骨分化的评估 a-d) BMSCs成骨标志物（Runx2、OCN、COL-1、YAP）免疫荧光染色（比例尺：250 μm） e-h) 第7/14天BMSCs成骨基因（COL-1、OPN、OCN、Runx2）表达量 i-j) BMSCs机械敏感蛋白WB分析 （**P<0.01; ***P<0.001; ****P<0.0001）
动物实验验证
在大鼠颅骨缺损模型中，PNG-PDA+NIR组4周时新骨显著生长，8周时缺损近乎完全闭合。Micro-CT量化显示：该组骨体积（BV）达6.59 mm³，骨体积分数（BV/TV）为31.09%，骨小梁数量（Tb.N）与厚度（Tb.Th）均优于对照组。组织学分析证实，该组胶原沉积和骨基质形成更密集，Runx2与β-连环蛋白表达量较对照组提升2倍。
图6 智能绷带体内骨修复效果 a) 大鼠颅骨缺损手术及治疗流程（BioRender绘制） b,c) 颅骨修复CT图像及3D重建（比例尺：1 mm） d-i) 缺损区骨体积（BV）、骨表面积（BS）、骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）、数量（Tb.N）及分离度（Tb.Sp）定量 （*P<0.05; **P<0.01; ***P<0.001; ****P<0.0001）
图7 组织学验证骨再生效果 a) H&E染色（比例尺：200 μm） b) Masson染色（比例尺：100 μm） c,d) 骨组织Runx2与β-catenin免疫荧光染色 e,f) Runx2与β-catenin表达定量
分子机制解析
RNA测序揭示，支架机械刺激通过双重通路调控成骨：激活Wnt通路（上调FZD4/7、CTNNB1等基因），抑制Hippo通路（下调LATS1/2），促进YAP/TAZ入核协同β-连环蛋白，驱动成骨基因（COL1A1、IBSP等）表达。
图8 支架通过Wnt/Hippo通路促进成骨的RNA-Seq分析 a) PNG与PNG-PDA处理细胞的差异基因数量（上调761个，下调741个） b) 两组成骨相关基因表达对比 c,d) KEGG与GO富集分析结果 e,f) Wnt与Hippo信号通路GSEA分析
应用前景
该智能绷带集成四大创新优势：首次将远程光热驱动、植入物固定与成骨刺激融合于单一平台；通过非侵入式NIR调控实现精准锚定；骨再生效率达同类最高（3.9倍提升）；可编程机械形变模拟生理负荷，突破传统依赖生化信号的局限。未来有望为不规则骨缺损提供微创、动态修复的新范式，尤其适用于老年患者及复杂解剖部位治疗。