氟化羟基磷灰石通过触发从糖酵解到氧化磷酸化的代谢转换，塑造有利的骨免疫微环境

背景：生物源性羟基磷灰石广泛用作骨缺损的骨替代材料，但其有限的骨传导性需要进一步改进。骨免疫调节特性在维持骨稳态方面具有重要前景，而精确调控巨噬细胞极化在此过程中至关重要。代谢是免疫的引导力量，氟化物修饰可能是通过调节免疫代谢来调控骨免疫环境的一种有前景的策略。在此背景下，我们合成了氟化猪羟基磷灰石（FPHA），并已证明其具有增强的生物学特性和成骨能力。然而，FPHA 是否以及如何影响骨缺损的免疫微环境仍不清楚。方法：合成了 FPHA，并确认了其组成和结构特性。将巨噬细胞与 FPHA 提取液共培养，以研究 FPHA 对巨噬细胞极化及相关骨免疫微环境的影响。此外，提取了这些巨噬细胞的总 RNA，并进行 RNA-seq 分析以探索与观察到的巨噬细胞变化相关的潜在机制。使用 Seahorse 分析仪评估代谢状态。此外，在 SD 大鼠临界尺寸颅骨缺损中植入新型骨替代材料后，进行免疫组织化学染色以评估巨噬细胞反应。结果：验证了 FPHA 中氟离子的掺入。FPHA 促进巨噬细胞增殖，增强 M2 标志物表达，同时抑制 M1 标志物表达。此外，FPHA 抑制炎症因子的表达，上调成骨因子的表达，从而增强 rBMSCs 的成骨分化能力。RNA-seq 分析表明，FPHA 的极化调节功能可能与细胞代谢的变化有关。进一步的实验证实，FPHA 增强线粒体功能，并促进巨噬细胞从糖酵解向氧化磷酸化的代谢转换。此外，体内实验在 SD 大鼠颅骨缺损模型中验证了上述结果。结论：总之，我们的研究表明，FPHA 诱导巨噬细胞从糖酵解向氧化磷酸化的代谢转换。这种转换导致巨噬细胞倾向于 M2 极化，从而创造有利的骨免疫微环境。这些发现为掺入适当浓度氟化物对免疫代谢和巨噬细胞线粒体功能的影响提供了有价值的见解，这对开发基于免疫代谢的氟化物改性骨再生生物材料以及 FPHA 或其他含氟材料的临床应用具有重要意义。图形摘要：通过化学和热过程成功制备了 FPHA。通过体外和体内研究探讨了 FPHA 的免疫调节作用，揭示其能够诱导巨噬细胞从糖酵解向线粒体氧化磷酸化（OxPhos）的代谢转换。这种代谢重塑导致 M1 巨噬细胞极化的显著抑制和 M2 巨噬细胞极化的促进。此外，FPHA 被发现能增强成骨分化并促进骨修复。这些发现强调了 FPHA 作为骨再生应用生物材料的巨大潜力，为开发具有代谢免疫调节特性的生物活性材料提供了宝贵的见解。