先天性疾病、肿瘤切除及外伤导致的骨缺损因骨组织天然再生能力有限而构成重大临床挑战。尽管异体或自体骨移植仍是治疗大段骨缺损的金标准，但其受到供体不足、免疫排斥及愈合整合差等问题限制。近年来，水凝胶因其可调控力学性能和类ECM微环境而被视为潜在替代材料，但传统水凝胶主要依赖被动包载与简单扩散释放，无法满足骨修复过程中对血管生成、成骨及矿化等多环节精确时序调控的需求。目前大多数策略聚焦于单一生物过程（如 BMP-2 促成骨或 VEGF 促血管），缺乏对自然骨愈合级联反应的整体响应能力，这凸显出迫切需要开发能够动态适应微环境并协同调控多通路再生的新型智能水凝胶系统。
针对上述问题，上海大学苏佳灿教授、张琴副研究员和周东阳团队联合苏州大学郑厚峰教授团队合作设计并构建了一种智能化的酶响应型DNA-PEG水凝胶，通过整合VEGF-结合 DNA 结构、MMP-可切肽交联结构及 RGD 黏附序列，实现对血管生成、成骨及矿化过程的序贯激活与协同调控。水凝胶在体内受 MMP 刺激逐步降解，首先释放 VEGF 促进血管生成，继而通过内皮细胞的旁分泌作用激活 BMSC 的 MAPK-介导成骨分化；随后，随着核酸框架被核酸酶降解产生磷酸根，与内源性 Ca²⁺ 协同诱导 CaP 成核与矿化。该系统通过微环境自适应的时序性机制整合血管-骨-矿化三重过程，大幅提升骨修复效率，并通过分子动力学模拟验证了 CaP 在水凝胶肽基底上的靶向成核行为。本研究提出了一种可主动调控骨微环境的动态水凝胶设计策略，为复杂骨缺损治疗提供了新的思路与技术平台。该文章于2025年11月2日以《Enzyme-Programmable DNA-PEG Hydrogel Spatiotemporally Regulates Bone Regeneration Microenvironment》为题发表于《Advanced Materials》上（DOI：10.1002/adma.202514461）。
（1）酶响应型DNA-PEG水凝胶的合成与表征
该研究构建了基于硫醇-降冰片烯光交联的酶响应DNA-PEG水凝胶体系（图1A），其中8-臂PEG-NB的成功修饰经1H-NMR确认（图2A），FTIR进一步验证了酰胺键的形成。水凝胶在UV照射下迅速完成凝胶化（图2B、2C），并保持良好的可注射性与可塑性（图2D）。共聚焦成像显示PAV凝胶实现了均一的DNA分布（图2E）。所有凝胶均具有约15 μm的多孔结构（图2F、2G），PAV凝胶中检测到特征性元素P（图2H），且各组凝胶的杨氏模量保持一致（约30 kPa，图2I、2J）。不同配方凝胶的润湿性相近（图3A），在PBS中21天溶胀稳定（图3B）。在胶原酶作用下，凝胶呈剂量依赖性降解，在0.1 U/mL条件下7天基本完全降解（图3C）。分子对接与能量计算显示VEGF与DNA链具有稳定且特异的结合（图3D、3E）。相应地，PAV凝胶呈现缓慢且持续的VEGF释放，21天释放约75%，而PV凝胶15天已超过90%（图3F）。DNA条带保持完整（图3G），PA凝胶出现260 nm特征吸收峰（图3H），证实DNA成功负载。外切酶作用下，含肌动蛋白的PA凝胶在1天释放极低的磷酸根，而不含肌动蛋白的组释放明显升高（图3I），表明肌动蛋白可延缓DNA降解并实现后期矿化阶段的磷酸根供应。
