近日，山东第一医科大学医学科技创新中心李宁波副教授团队在中科院一区TOP期刊《Bioactive Materials》（IF=23.6）发表题为“Ultrasonic-driven force-electric nanodomains orchestrate lysosome-to-mitochondria functional cascade to accelerate bone regeneration”（超声驱动的力-电纳米域通过协调溶酶体-线粒体功能级联促进骨再生）的研究论文。课题组2023级研究生张林波为第一作者，医学科技创新中心李宁波副教授、北京大学口腔医学院韩冰教授和附属省立医院口腔科黄圣运教授为共同通讯作者，山东第一医科大学为唯一通讯单位。
骨缺损修复是临床组织再生领域面临的重要挑战。压电生物材料因能够模拟天然骨组织的力电微环境而受到广泛关注，但现有研究主要关注细胞膜层面感知的胞外力–电刺激，难以实现对亚细胞结构功能单元的精准调控，限制了其促进骨再生的效率与深入的电生理机制探索。因此，构建能够直接作用于细胞内部、实现亚细胞结构尺度精准调控的新型压电策略，成为骨组织工程领域的重要研究方向。
研究团队通过近红外激光微区加工技术创新构建了超声激活超细LiNbO3压电纳米体系（~15 nm），提出胞内力–电纳米域（Force–electric nanodomains）概念，实现压电刺激由细胞膜水平向亚细胞结构功能单元的进一步延伸。超细压电纳米颗粒可高效进入细胞，在超声作用下产生局部力-电信号，通过调控溶酶体重塑，增强溶酶体-线粒体功能级联，激活PI3K-AKT-Ibsp信号通路，显著促进干细胞成骨分化，并在兔颅骨缺损模型中显著促进新骨形成，实现高效骨组织再生。
该研究突破了传统压电刺激局限于细胞膜作用的模式，提出了压电生物材料亚细胞结构精准调控的新策略，实现了压电刺激由胞外向胞内、由细胞膜向亚细胞结构功能单元的创新突破，丰富了压电生物材料的作用机制的认识，为智能生物材料设计、骨组织再生及亚细胞结构精准调控提供了新的研究思路。同时，该成果已被授权国家发明专利，是团队正在进行“新一代力-电响应骨修复体产品研发”横向专利转化的重要技术之一。
利用快速激光微区汽化技术制备超细LiNbO3纳米颗粒，超细压电LiNbO3纳米颗粒与超声协同作用，通过亚细胞调控促进成骨并实现骨缺损修复。在体内实验中，将HA+LN+GelMA和HA+GelMA支架分别植入兔颅骨双侧缺损区域，并施加体外超声刺激；于术后12周通过组织学染色及免疫荧光分析评价骨修复效果。在细胞水平，超细LiNbO3纳米颗粒被细胞内吞并定位于溶酶体，在超声刺激下诱导轻度溶酶体膜通透性增加（mild LMP），进而触发溶酶体–线粒体信号传递和线粒体活化，最终促进成骨相关基因表达。
李宁波副教授作为校（院）骨干人才，博士后合作导师，其课题组一直聚焦于“智能材料促骨修复与再生功能机制及临床应用”的交叉学科研究。团队研究深耕临床问题，设计超声可控刺激的力-电响应超细纳米胞内功能-递送系统，促使骨修复由“静态植入体”进化到“AI智能动态”骨再生时代。本工作是基于前期研究基础的系列工作之一，相关专利技术正在商业化研发（三类医疗器械申报）。团队至今已发表专业SCI论文40余篇，包括Bioactive Materials, Journal of Nanobiotechnology, Chemical Engineering Journal和Materials Today Bio等杂志文章，相关技术申请国家发明专利15项，目前已转化2项、共531万元。
本研究得到国家重点研发计划（2024YFC2510702）、国家自然科学基金（52473120）、山东省重点研发计划（2024CXGC010610）、山东省自然科学基金（ZR2024QB343、ZR2024QE207、ZR2024QE204）等基金的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2026.06.051
