Bioactive Materials
物理模态与能量响应生物材料在肌腱-骨愈合中的研究

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该综述系统总结了物理模态和能量响应生物材料在肌腱-骨愈合中的作用机制、参数响应关系及当前治疗瓶颈，提出了结合先进生物材料的个性化治疗新方向，具有较高的转化潜力。

 

文献概述

本文《From physical modalities to energy-responsive biomaterials: Current strategies and challenges in tendon-to-bone healing》发表于《Bioactive Materials》，回顾并总结了物理模态（如LIPUS、电刺激、磁刺激）在肌腱-骨愈合中的作用机制及治疗参数优化进展，同时探讨了能量响应生物材料如何动态调控微环境，促进梯度组织再生。该研究为未来精准治疗提供了理论依据和设计策略。

背景知识

肌腱-骨界面（TBI）是连接肌腱/韧带与骨的关键过渡结构，具有梯度组织特征，包括未钙化纤维软骨、钙化纤维软 骨等。TBI损伤常见于运动医学领域，术后修复效果有限，失败率高达20%–94%。物理模态因其非侵入性、时空可控性和低免疫原性，成为术后康复的重要辅助手段。然而，传统物理模态难以应对复杂的病理微环境，治疗效果缺乏精准参数体系和分子机制解析。能量响应生物材料通过外源刺激（如超声、磁场）实现可控释放、动态调控和精准修复，为TBI再生提供了新思路。

 

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研究方法与实验

研究系统梳理了多种物理模态（如LIPUS、机械刺激、电刺激、磁刺激）在TBI修复中的参数优化与干预时机，分析其对M1→M2巨噬age极化、骨与软骨再生、胶原沉积等关键指标的影响。同时，总结了智能生物材料（如超声响应水凝胶、压电支架、磁控微球）在梯度修复中的设计策略。

关键结论与观点

• 30 mW/cm²、1.5 MHz、20分钟/天的LIPUS在术后第7天干预效果最佳，促进M2巨噬age极化并抑制炎症
• 超声可激活VEGF、TGF-β、Runx2等信号通路，增强血管生成与骨软骨分化，提高生物力学强度
• 物理模态联合智能生物材料可实现时空可控的生物活性因子释放，优化细胞微环境，促进梯度结构重建
• 当前研究多依赖动物模型，缺乏个体化参数验证及长期临床证据，限制其转化应用

研究意义与展望

该研究强调了物理模态在TBI愈合中的潜力，同时指出其在精准调控与多尺度生物效应方面的不足。未来应聚焦于智能材料与物理模态的协同设计，开发具备多梯度响应的生物材料，实现个性化、动态修复。此外，建立标准化参数-生物效应数据库，将有助于临床转化。

 

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结语

综上，本文系统分析了物理模态及能量响应生物材料在肌腱-骨愈合中的作用机制与研究现状，指出现有治疗策略在个体差异响应与长期疗效方面的不足。结合智能材料与物理刺激的精准调控，有望突破传统治疗的局限，实现梯度组织的原位再生。未来需加强分子机制研究与材料设计优化，推动TBI修复的精准医学发展。

 

Liuxin Zhang, Jindong Tan, Bo Liao, Xiaoyu Han, and Dingqun Bai. From physical modalities to energy-responsive biomaterials: Current strategies and challenges in tendon-to-bone healing. Bioactive Materials.