骨质疏松症是一种以骨骼中矿物质丢失为特征的疾病,最新研究表明,活性氧（ROS）增加导致的骨髓间充质干细胞活性下降是骨质疏松发生的重要原因。这也导致了骨质疏松状态下发生的骨缺损难以自愈,已成为丞待解决的临床难题。近年来,关于骨缺损修复的人工合成替代材料的研究取得了极大的进展,磷酸钙陶瓷类材料、羟基磷灰石类材料、胶原支架材料、高分子类材料等已在临床中广泛运用,然而这些材料均存在难以适应不规则缺损、降解过程中产酸以及忽略成骨微环境改造等缺点。因此,发展一种具有可充填性、合成简便、具有优良生物相容性的骨缺损修复材料具有重要的临床意义。本研究整合分子生物学、材料科学等前沿技术,基于滚环扩增、仿生纤维内矿化及功能核酸酶等,构建了一种自主微矿化及G4功能核酸酶赋能的DNA工程化功能水凝胶,用于高效骨质疏松骨缺损修复。本策略中,利用滚环扩增技术快速合成DNA水凝胶,大大简化了以往通过框架核酸组装形成DNA水凝胶的繁琐步骤,并且在扩增体系中引入了焦磷酸酶水解合成副产物焦磷酸,分解形成正磷酸盐离子,与Ca2+耦合形成磷酸钙,在DNA水凝胶分子内部沉积,形成边扩增边沉积的自主矿化过程,较以往的被动矿化技术,大大提高了矿化效率。此外,自主矿化有效增强了RCA凝胶的生物稳定性和机械强度,同时保留了DNA水凝胶优异的可注射性及自愈合性,并且凝胶生物降解过程中释放的磷酸钙颗粒将为骨愈合提供原料。在成骨微环境改造方面,在RCA模板中引入G4功能核酸序列,加入DNA-Hemin共价耦连体后,在凝胶中形成具有高效抗过氧化物酶活性的功能核酸酶,清除骨质疏松微环境中的ROS,逆转氧化应激状态,从而有效增强骨髓间充质干细胞的活性和成骨分化能力。综上,通过系统性的RCA凝胶改造工程,本研究构建了一种具有高生物相容性、高稳定性、高抗氧化性能、可注射性的RCA凝胶促成骨修复材料,并通过体外实验及骨质疏松的SD大鼠颅骨缺损修复实验验证了其于骨质疏松环境下优异的成骨性能,有望为临床骨质疏松骨缺损修复提供新的可替代的治疗选择。