上海理工大学何星团队研究成果：用于骨修复的氧化石墨烯和细胞外囊泡的研究进展
引 言
骨组织工程作为再生医学的重要分支，旨在通过构建功能性骨移植物来修复骨缺损。在众多生物材料中，氧化石墨烯（GO）和细胞外囊泡（EVs）因其独特的物理化学性质和生物学功能，在骨修复领域展现出巨大潜力。GO以其优异的机械性能和生物相容性，为骨修复提供了必要的力学支撑和生物活性；而EVs则作为细胞间通讯的重要介质，通过传递生物分子促进骨再生。本文综述了GO和EVs在骨修复领域的研究进展，探讨了它们的复合应用前景。文章基于上海理工大学何星教授团队研究成果及国家自然科学基金项目资助，系统介绍了GO和EVs在骨修复的应用现状，并深入总结二者在骨组织工程中的机理作用。
01、研究背景
每年因创伤、疾病导致的全球骨组织丧失人数众多，传统治疗方法如自体和同种异体骨移植存在供体有限、免疫排斥等问题。因此，开发新型生物材料成为骨修复领域的研究热点。GO作为石墨烯的氧化物，具有大比表面积、优异的机械性能和生物相容性，能够促进细胞粘附、增殖和分化，成为骨修复的理想材料。EVs作为细胞分泌的纳米级囊泡，能够携带并传递核酸、蛋白质等生物分子，调节细胞间通讯，促进骨再生。
02、创新亮点
（1）GO的多维度应用
支架材料：GO与聚合物或无机材料复合，显著增强支架的机械性能和生物活性，促进成骨细胞分化和骨再生。例如，GO/CS支架通过静电相互作用增强机械强度，并促进细胞粘附和生长因子吸附。
药物载体：GO的大比表面积和表面官能团使其成为理想的控释材料，能够高效搭载药物、蛋白质等，实现药物的缓释和靶向递送。
（2）EVs的精准调控
骨代谢调控：EVs通过携带miRNA、蛋白质等生物分子，精准调控骨代谢过程，促进骨形成并抑制骨吸收。例如，EVs携带的miR-188抗体制剂能够逆转年龄相关的小梁骨丢失。
抗炎和免疫调节：EVs通过调节免疫反应和炎症因子表达，减轻骨损伤部位的炎症反应，促进骨修复。例如，EVs携带的miR-140-5p能够促进软骨细胞增殖并抑制炎症因子表达。
（3）GO与EVs的复合应用
高效递送平台：将EVs与GO结合，利用GO的大比表面积和EVs的生物相容性，构建高效的递送平台，提升治疗因子的递送效率和生物利用度。例如，GO-EVs复合物通过π-π堆积和静电相互作用，显著提高药物的负载效率和细胞摄取能力。
协同增强效果：GO与EVs在骨修复中展现出协同增强效果，GO提供机械支撑和生长因子吸附平台，EVs则通过生物分子传递促进细胞增殖和分化。
03、图文展示
图1 GO的结构及在骨组织工程中的应用：(a) GO的结构； (b) GO在骨组织中的应用方法； (c) GO改善支架性能
Fig.1 The structure of GO and its application in bone tissue engineering: (a) GO structure; (b) application methods of GO in bone tissue; (c) GO improving scaffold properties
图2 EVs/Exo生物发生的分子机制
Fig.2 Molecular machineries of EVs/Exo biogenesis
图3 GQDs/Cy5-miR@sEVs的构建及其在生物系统中的应用
Fig.3 The construct of GQDs/Cy5-miR@sEVs and their applications in the biological systems
图4 GO的主要优势与挑战
Fig.4 The main advantages and challenges of GO
图5 EVs的主要优势与挑战
Fig.5 The main advantages and challenges of EVs
04、结 论
GO和EVs作为骨修复领域的新兴材料，各自展现出独特的优势和潜力。GO以其优异的机械性能和生物相容性，为骨修复提供了必要的力学支撑和生物活性；EVs则通过精准调控骨代谢和免疫反应，促进骨再生。将GO与EVs复合应用，能够构建高效的递送平台，显著提升治疗因子的递送效率和生物利用度，展现出广阔的应用前景。然而，目前这一领域的研究仍处于初步阶段，存在许多挑战和未知因素，如复合材料的长期稳定性、生物相容性和生物降解性等，需要进一步的研究和探索。随着对这一领域的深入了解和技术的进步，相信GO与EVs的复合材料将为骨组织修复领域带来重大的突破和创新。
引用本文
文章发表于《功能材料》2026年第57卷第2期，欢迎引用本文：
欧嘉玲,李泽英,李子龙,等.用于骨修复的氧化石墨烯和细胞外囊泡的研究进展[J].功能材料. 2026,57(2):97-108.
OU J L,LI Z Y,LI Z L,et al.Advances in graphene oxide and extracellular vesicles for bone repair[J].Journal of functional materials,2026,57(2):97-108.