骨髓炎是一类影响骨骼及其组织结构的炎症性疾病，通常由细菌感染引起。近几十年来，骨髓炎的发病率在全球范围内显著上升。如德国在2008至2018年间，骨髓炎的总体患病率从每10万人15.5例升至16.7例，增幅达10.44%。目前，骨髓炎的治疗主要以手术清创联合抗生素应用为主。

但该治疗模式仍存在诸多难题：细菌具有侵袭性，手术清创往往无法彻底清除骨髓内的病原体，易导致感染复发；持续的感染与炎症不仅造成骨组织结构破坏，还会损伤局部神经，进而影响组织修复与功能重建。此外，抗生素的广泛大量使用加速了多重耐药菌的出现，进一步增加了治疗难度。因此，亟需开发兼具清除细菌感染、调控炎症、修复神经组织与促进骨组织再生功能的新型功能材料，以满足该病复杂的治疗需求。

近年来，纳米技术的快速发展促进了智能抗菌材料在骨髓炎治疗中的应用，尤其是基于纳米材料的外源性刺激响应型策略，如近红外光、磁场、电流及超声刺激等，展现出巨大应用潜力。其中，超声因具备优异的组织穿透能力，尤其适用于骨髓腔等深部感染部位的精准治疗。

超声刺激可促使部分纳米材料中的电子与空穴有效分离，产生的电子与环境中的氧气或水分子反应，生成羟基自由基、超氧阴离子等活性氧物质。这类高氧化性物质可破坏细菌细胞膜、蛋白质与DNA，诱导细菌凋亡或坏死，实现高效抗菌效果。

有学者开发了一种由四硫化钒与MXene构建的肖特基结声敏剂，结合了四硫化钒的类过氧化物酶活性与MXene优异的电子传导能力，在超声刺激下可高效产生活性氧。但钒（V）作为过渡金属离子，过量释放或长期暴露可能引发神经毒性、肝肾负担甚至遗传毒性。

与之相比，卟啉类小分子声敏剂生物安全性高，但存在激活效率低的问题。这类分子能级隙较窄、电子跃迁能力弱，超声激发不充分，导致活性氧产率低，抗菌效果不佳。此外，仅依靠活性氧抗菌存在一定局限性，因其半衰期短，易被快速消耗或中和。

因此，在保证生物安全性的前提下，将声动力治疗与其他策略联用，有望为骨髓炎提供更安全有效的治疗方案。

图1Ga-VB2用于骨髓炎超声激活治疗示意图（摘自Biomaterials）

铁是细菌能量代谢与信号传导的必需元素，通过参与多种氧化还原酶与ATP生成途径，在细菌生存中发挥关键作用。细菌通常通过铁载体摄取Fe3+，随后在胞内还原为Fe2+以维持正常代谢。因此，干扰细菌对铁的摄取可阻断其能量代谢并诱导细菌死亡，该策略被称为离子干扰介导的抗菌作用。

镓离子与Fe3+在离子半径、电离能与电负性上相近，可被细菌误认为铁离子而识别并主动摄取。进入菌体后，镓离子可竞争性结合铁依赖性酶与蛋白质，破坏依赖铁的能量代谢与三磷酸腺苷合成。镓离子不仅在抗菌治疗中发挥重要作用，还在组织再生中表现出多种生物学效应。

研究表明，镓离子可抑制破骨细胞活化、减缓骨吸收，并促进间充质干细胞向成骨分化，表现为碱性磷酸酶活性升高与矿化结节形成增多。此外，镓离子可调控局部免疫微环境以减轻炎症，协同加速骨组织修复与再生。另有研究发现，掺入镓可整体促进神经细胞的生长发育，展现出良好的神经再生应用潜力。

近期已有将声动力治疗与铁代谢干扰联用的镓基声敏剂体系应用于骨髓炎治疗的报道。然而，现有多数平台依赖镓与传统声敏剂的共递送或包载，且主要聚焦于感染清除，针对声敏剂层面的电子结构优化及其下游神经-成骨再生效应仍缺乏深入探究。

基于离子干扰增强声动力治疗骨髓炎的新兴策略，该研究开发了一种集超声触发声动力治疗与镓介导离子干扰于一体的多功能治疗平台，旨在实现协同抗菌效果，同时重塑局部炎症微环境以支持骨再生与神经修复。具体而言，作者构建了Ga-VB2纳米材料，其中VB2作为生物相容性良好的声敏剂骨架，而镓离子可被细菌通过铁摄取途径摄入，进而干扰其铁依赖性代谢。

同时，Ga的掺入有望调控VB2的电子结构，提升超声介导的活性氧产生能力，从而增强按需抗菌效果。此外，Ga相关的生物活性与免疫调控作用为组织再生提供了额外助力，共同实现从感染控制到微环境正常化，最终完成神经-骨骼修复的阶梯式治疗效果。

参考消息：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961226001468?via%3Dihub