针对上述问题，第四军医大学唐都医院骨科郭征教授、黄海教授团队，开发了一种基于龙胆苦苷-锶复合物（GPS-Sr）的可注射多功能水凝胶系统（GelMA/GPS-Sr）。该体系巧妙整合了GPS的抗炎、促血管生成特性与锶元素的促成骨、免疫调节功能，通过化学配位形成稳定复合物，并以GelMA水凝胶作为递送载体实现可控缓释。该水凝胶可在UV照射下快速成胶，植入骨缺损部位后持续释放GPS-Sr，从而实现免疫微环境调控、血管生成促进与骨组织再生的协同治疗。这一设计为复杂病理条件下骨缺损的智能管理提供了全新范式。该文章于2026年3月6日以《An injectable multi-functional strontium based gentiopicroside hydrogel accelerates bone regeneration via immunomodulation and promoting osteo-/angiogenesis effects》为题发表于《Advanced Composites and Hybrid Materials》（DOI：10.1007/s42114-026-01719-5)。

图1. GPS-Sr复合物的制备与表征。(A) GPS-Sr制备流程示意图；(B-E) GPS和GPS-Sr的SEM表面形貌及EDS元素 mapping；(F) GPS、SrCl₂、GPS/SrCl₂物理混合物及GPS-Sr的XRD图谱；(G) GPS和GPS-Sr的UV光谱；(H) GPS和GPS-Sr的FTIR光谱；(I, J) GPS和GPS-Sr的¹H NMR和¹³C NMR谱图。

（1）GPS-Sr复合物的制备与理化性能表征

研究团队首先通过化学配位法制备了龙胆苦苷-锶复合物（GPS-Sr）。SEM和EDS分析显示，GPS-Sr具有更小的粒径（4.5-5.1 nm）和更均匀的分布，并检测到约24.1%的锶元素，证实复合物成功形成（图1B-E）。XRD分析表明，GPS-Sr呈现无定形结构，说明锶的引入改变了GPS的晶体结构（图1F）。

UV光谱显示，GPS-Sr在270 nm处保留GPS的特征吸收峰，同时出现300-400 nm新吸收峰，表明Sr²⁺与GPS成功配位并改变了分子电子云分布（图1G）。FTIR光谱中，羟基振动峰（3566、3493 cm⁻¹）和羰基振动峰（1703 cm⁻¹）向低波数移动，并在598 cm⁻¹处出现锶盐特征吸收，证实Sr²⁺与GPS的羟基和羰基发生配位（图1H）。¹H NMR和¹³C NMR进一步确认GPS-Sr保留了GPS的主体结构，但在1.14 ppm和57.52/16.91 ppm处出现新信号，HSQC和HMBC分析表明C13-C14位羟基可能为配位位点（图1I, J及图2A-D）。

AFM显示GPS-Sr粒径（4.5-5.1 nm）显著小于GPS（7.5-7.7 nm）（图2E-H）。TGA和DSC分析证实GPS-Sr具有更高的热稳定性（图2I, J）。HPLC检测显示GPS-Sr纯度达96%（图2K）。CCK-8和Live/Dead实验表明，GPS-Sr在100 μg/mL浓度下对BMSCs无细胞毒性，具有良好的生物相容性（图2L-O）。

图2. GPS-Sr的结构确认与生物相容性。 (A, B) GPS和GPS-Sr的HSQC谱图；(C, D) GPS和GPS-Sr的HMBC谱图；(E, F) GPS的AFM形貌图及高度分布；(G, H) GPS-Sr的AFM形貌图及高度分布；(I, J) GPS和GPS-Sr的TGA和DSC曲线；(K) GPS-Sr的HPLC纯度检测；(L-N) 不同浓度GPS和GPS-Sr处理BMSCs 1、3、5天的CCK-8增殖实验；(O) BMSCs活/死染色。

（2）GPS-Sr的免疫调节与巨噬细胞极化作用

研究团队评估了GPS-Sr对巨噬细胞极化的影响。LPS诱导的M1型巨噬细胞模型中，GPS-Sr处理显著降低iNOS（M1标志物）荧光强度，同时增强Arg-1（M2标志物）表达，效果优于单独Sr或GPS处理（图3B-D）。Western blot显示GPS-Sr最有效抑制CD86（M1标志物）并促进CD206（M2标志物）表达（图3E-G）。ELISA结果进一步证实GPS-Sr显著抑制促炎因子IFN-γ、IL-1β分泌，同时促进抗炎因子IL-4、IL-10释放（图3H-K）。

为探究GPS-Sr诱导的巨噬细胞极化对成骨的影响，研究团队收集不同处理组的巨噬细胞条件培养基作用于BMSCs。免疫荧光显示GPS-Sr组条件培养基最显著促进RUNX2和Osterix表达（图3L-N），Western blot证实该组Col1a1和OCN蛋白水平最高（图3O-Q），表明GPS-Sr极化的M2巨噬细胞为BMSCs成骨分化创造了有利的免疫微环境。

图3. GPS-Sr对巨噬细胞极化和免疫调节的影响。 (A) GPS-Sr介导巨噬细胞极化和免疫调节示意图；(B) 不同处理条件下iNOS和Arg-1免疫荧光代表性图像；(C, D) 细胞免疫荧光定量分析；(E) 巨噬细胞CD86和CD206蛋白表达Western blot图像；(F, G) CD86和CD206蛋白表达定量分析；(H-K) 巨噬细胞分泌炎症因子IFN-γ、IL-1β、IL-4和IL-10的ELISA检测；(L) 不同处理条件下BMSCs的RUNX2和Osterix免疫荧光；(M, N) 细胞免疫荧光定量分析；(O) BMSCs Col1a1和OCN蛋白表达Western blot图像；(P, Q) Col1a1和OCN蛋白表达定量分析。

（3）GPS-Sr促血管生成能力

体外血管生成实验显示，GPS-Sr显著促进HUVECs迁移。划痕实验和Transwell迁移实验表明，GPS-Sr组细胞迁移能力显著优于其他处理组（图4A-E）。管腔形成实验中，GPS-Sr处理的HUVECs形成更密集、结构更完整的管状网络，总管长度和分支点数量分别增加约90%和110%（图4F, G）。免疫荧光显示GPS-Sr组CD31表达显著升高（图4H, I），Western blot证实VEGF和ANGPT1蛋白表达上调（图4J-L），表明GPS-Sr具有强效的促血管生成功能。

图4. GPS-Sr促血管生成效应。 (A, B) 划痕实验及统计分析显示GPS-Sr促进HUVECs迁移；(C-E) Transwell迁移实验及统计分析；(F, G) 管腔形成实验代表性图像及半定量分析；(H, I) CD31免疫荧光代表性图像及半定量分析；(J) VEGF和ANGPT1蛋白表达Western blot图像；(K, L) VEGF和ANGPT1蛋白表达定量分析。

（4）GPS-Sr促BMSCs成骨分化作用

成骨分化实验表明，GPS-Sr显著促进BMSCs迁移和成骨分化。划痕和Transwell实验显示GPS-Sr组细胞迁移能力最强（图5A-D）。ALP染色（7、14天）和ARS染色（21天）显示GPS-Sr组碱性磷酸酶活性和矿化结节形成显著高于其他组（图5E-H）。免疫荧光显示GPS-Sr组RUNX2和Osterix表达最高（图5I-K），Western blot证实BMP2、OCN和Col1a1蛋白表达显著上调（图5L-O）。

图5. GPS-Sr对BMSCs成骨分化的促进作用。 (A-D) 划痕和Transwell实验及统计分析显示GPS-Sr促进BMSCs迁移；(E-H) 不同处理条件下ALP和ARS染色及半定量分析；(I-K) RUNX2和Osterix免疫荧光代表性图像及半定量分析；(L) BMP2、OCN和Col1a1蛋白表达Western blot图像；(M-O) BMP2、OCN和Col1a1蛋白表达定量分析。

（5）RNA测序揭示PI3K/AKT信号通路机制

RNA测序分析显示，与对照组相比，GPS-Sr处理组有2336个基因上调、989个基因下调（图6A, B）。KEGG通路富集分析显示PI3K/AKT信号通路显著激活（图6C），GO分析表明生物学过程涉及细胞黏附、血管生成和骨骼发育等（图6D）。Western blot证实GPS-Sr显著促进PI3K和AKT磷酸化（图6E-G）。使用PI3K抑制剂LY294002阻断该通路后，GPS-Sr诱导的成骨标志物（OCN、RUNX2、BMP2）表达被显著抑制（图6H-M），证实PI3K/AKT通路是GPS-Sr促进BMSCs成骨分化的关键机制。

图6. BMSCs RNA测序分析。 (A) GPS-Sr vs. Control差异表达基因火山图；(B) 差异表达基因热图；(C, D) KEGG和GO富集分析；(E-G) PI3K和AKT磷酸化Western blot及定量分析；(H-M) LY294002抑制PI3K/AKT通路后成骨标志物表达的Western blot及定量分析。

（6）GelMA/GPS-Sr水凝胶的制备与表征

为实现GPS-Sr的可控递送，研究团队将其封装于GelMA水凝胶中。UV照射（405 nm）10秒即可快速成胶（图7A）。SEM显示GelMA和GelMA/GPS-Sr均呈现连续、不规则、相互连通的多孔三维网络结构（图7B）。溶胀实验显示各组水凝胶具有相似的溶胀特性（图7C），应力-应变曲线表明GPS-Sr的引入未改变GelMA的力学性能（图7D）。

FTIR光谱显示各组在3430 cm⁻¹（O-H和N-H伸缩振动）、2926 cm⁻¹（C-H不对称伸缩）、1634 cm⁻¹（酰胺I，C=O伸缩）和1447 cm⁻¹（酰胺II，N-H弯曲）处具有特征吸收峰，GelMA/Sr和GelMA/GPS-Sr中羰基峰轻微红移表明Sr²⁺与羰基发生配位（图7E）。XRD显示GelMA/Sr、GelMA/GPS和GelMA/GPS-Sr在2θ=20°处出现特征衍射峰，证实GPS-Sr与GelMA成功结合（图7F）。

降解实验显示GelMA和GelMA/Sr降解较快，而GelMA/GPS和GelMA/GPS-Sr降解更稳定（图7G）。药物释放曲线显示三组均呈现双相释放动力学：前10天快速释放，随后进入缓慢平台期。GelMA/Sr释放最快，GelMA/GPS因交联密度高而释放较慢，GelMA/GPS-Sr呈现中等释放动力学（图7H）。

溶血实验显示GelMA、GelMA/Sr和GelMA/GPS-Sr溶血率低于5%，而GelMA/GPS组溶血率略高，表明Sr²⁺配位可改善GPS的血液相容性（图7I）。CCK-8实验显示GelMA/GPS-Sr显著促进BMSC增殖，5天时细胞活力较对照组提高约40%（图7J）。Live/Dead染色证实所有水凝胶组均具有优异的生物相容性（图7K, L）。

图7. GelMA/GPS-Sr水凝胶的制备、表征与生物相容性。 (A) GelMA/GPS-Sr溶液及UV成胶照片；(B) GelMA和GelMA/GPS-Sr的SEM图像；(C) 各组水凝胶溶胀率；(D) GelMA和GelMA/GPS-Sr的应力-应变曲线；(E) FTIR光谱；(F) XRD图谱；(G) 各组水凝胶降解曲线；(H) 累积药物释放曲线；(I) 溶血实验及定量分析；(J) CCK-8细胞增殖实验；(K, L) Live/Dead活死染色及定量分析。

（7）大鼠股骨缺损模型的骨再生效能

为验证GelMA/GPS-Sr的体内骨再生效果，研究团队建立了大鼠股骨髁缺损模型（3×3 mm）。Micro-CT显示，术后4周GelMA/GPS-Sr组即出现显著新骨形成，而对照组和GelMA组仅见散在骨再生；术后8周差异更加明显，GelMA/GPS-Sr组新骨体积显著高于其他各组（图8A, B）。定量分析显示，GelMA/GPS-Sr组BMD、BV/TV、Tb.N和Tb.Th最高，Tb.Sp最低。GelMA/GPS-Sr组BV/TV较GelMA/Sr组（38.1%）和GelMA/GPS组（41.2%）提高52.3%，较纯GelMA组（29.8%）提高75.6%。

钙黄绿素（绿色）和茜素红（红色）荧光双标记显示，GelMA/GPS-Sr组矿化沉积率（MAR）最高（图8C）。H&E和Masson三色染色显示，术后4周GelMA/GPS-Sr组新生骨含量最高；术后8周该组缺损中心形成大量新骨组织，几乎完全填充缺损区域（图8D, E）。

免疫组化染色显示，GelMA/GPS-Sr组ALP、Runx2和OCN阳性细胞数量显著多于其他组，表明该水凝胶能更有效促进BMSCs成骨分化（图8F-K）。

图8. GelMA/GPS-Sr水凝胶体内成骨性能。 (A, B) Micro-CT显示术后4周和8周各组骨再生情况及定量分析；(C) 钙黄绿素/茜素红荧光标记显示骨生长速率；(D, E) 术后4周和8周H&E和Masson染色；(F-K) ALP、OCN和RUNX2免疫组化染色及定量结果。

（8）体内免疫调节与血管生成验证

免疫荧光显示，术后4周和8周GelMA/GPS-Sr组CD31（血管内皮标志物）和CD206（M2巨噬细胞标志物）荧光强度最高，表明该水凝胶显著促进血管生成并诱导M2型巨噬细胞极化（图9A, D, E）。免疫组化显示GelMA/GPS-Sr组促炎因子TNF-α表达显著降低，而抗炎因子IL-10表达显著升高（图9B, C, F, G），证实其能有效调控局部免疫微环境，抑制炎症反应并促进骨组织再生。

图9. GelMA/GPS-Sr水凝胶体内免疫调节与血管生成特性。 (A, D, E) 术后4周和8周CD206和CD31免疫荧光染色及定量分析；(B, C, F, G) 术后4周和8周IL-10和TNF-α免疫组化染色及定量分析。

（9）GelMA/GPS-Sr水凝胶骨再生机制示意图

图10系统阐述了GelMA/GPS-Sr水凝胶介导的骨再生完整机制。图A展示了GPS-Sr复合物的制备流程：GPS与SrCl₂在乙醇/水混合溶剂中反应，经氩气保护下60°C搅拌48小时，随后旋转蒸发、冷冻干燥，并用冷甲醇重结晶纯化，最终获得GPS-Sr复合物。图B展示了GelMA/GPS-Sr水凝胶修复骨缺损的整体策略：水凝胶前驱液经UV照射（405 nm）原位成胶后植入骨缺损部位，通过缓释GPS-Sr调控骨免疫微环境。具体机制包括：GPS-Sr诱导巨噬细胞从M0/M1型向M2型极化，抑制炎症反应；促进HUVECs增殖和血管生成，改善局部血供；通过激活BMSCs的PI3K/AKT信号通路促进其向成骨细胞分化，最终形成新骨组织，实现骨缺损的完全修复。

图10. GelMA/GPS-Sr水凝胶骨再生机制示意图。 (A) GPS-Sr制备流程示意图；(B) GelMA/GPS-Sr水凝胶通过调控骨免疫微环境和促进骨/血管生成修复骨缺损的机制图。