骨缺损治疗仍面临多种局限，可编程DNA生物材料凭借独特的生物相容性和结构可控性，为骨再生材料开辟了新路径。本文系统综述了DNA框架材料及DNA水凝胶在作为仿生矿化模板、骨组织递送系统等方面的研究进展，并详细探讨了其发展局限性和未来前景。
中文标题：可编程的DNA生物材料：为骨再生铺就新路
英文原题：Programmable DNA-based biomaterials for bone tissue engineering
通讯作者：
张宏陆，上海交通大学
张琨雨，华南理工大学
张 欢，上海交通大学
第一作者：
徐晓玥，华南理工大学
关键词：DNA水凝胶；DNA框架材料；可编程材料；矿化模板；递送系统
骨再生之困：传统方案的局限
骨组织具有一定自我修复能力，但当缺损超过“临界骨缺损”后，就需要借助移植或人工材料。然而，无论是自体移植、异体移植，还是常用的人工骨材料，都面临免疫排斥、力学性能不足、成骨诱导性弱等问题。因此，开发可编程、可调控、同时具备生物相容性的新型材料成为热点。
DNA：超越遗传物质的新材料
我们熟悉DNA是遗传信息的载体，但其独特的结构、可预测的碱基配对和自组装能力，也让DNA在材料科学中大放异彩。DNA分子可通过设计序列，形成2D、3D的框架结构或者水凝胶网络，构建出高度可控且生物可降解的支架，这些特性使DNA成为理想的骨组织工程材料（图1）。
仿生矿化：DNA如何模仿骨骼
天然骨骼是由有机基质与无机矿物高度有序复合而成，模仿这种层次化结构一直是人工骨材料的追求。DNA框架材料和DNA水凝胶由于其带负电的骨架和精细可调的结构，能够很好地诱导磷灰石等矿物的沉积，从而形成类似天然骨骼的仿生矿化层，大幅提升其力学性能和生物活性。
智能递送：DNA材料如何作为递送系统
除了支架作用，DNA材料还能承担递送系统的角色。利用DNA序列的可编程性，可以将小分子药物、核酸药物或细胞生长因子嵌入其中，并且实现可控、可触发的释放。文章中介绍的DNA四面体框架（TDF）就能通过特定序列识别，在骨修复过程中实现精准的药物释放，极大提高疗效并降低副作用。
前景展望：下一代骨修复材料
尽管DNA材料展现出可观的潜力，但如何模拟天然骨的多层次结构、降低材料制备成本、同时整合血管与神经再生，仍是未来需要攻克的难点。此外，开发可刺激响应的智能体系，优化药物递送并提升抗感染、抗肿瘤能力，也将推动其在临床转化中的应用前景。DNA生物材料为打造高效、智能、可控的新型骨修复系统提供了有力支撑。
引用本文
Xiaoyue Xu, Erfeng Kou, Honglu Zhang, et al., Programmable DNA-based biomaterials for bone tissue engineering. Fundamental Research, 5(4) (2025) 1384-1400.
原文链接（复制到浏览器中查看）：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824005363
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