新型离子水凝胶为椎间盘退变治疗带来新希望

为解决椎间盘退变（IDD）治疗难题，研究人员研发 VIG 水凝胶，发现其能改善 IDD，极具治疗潜力。

　　《新型离子水凝胶为椎间盘退变治疗带来新希望》

在我们的身体里，椎间盘就像一个个 “小弹簧”，起着缓冲压力、保证脊柱灵活运动的重要作用。但随着年龄增长、长期劳损等因素影响，椎间盘退变（Intervertebral disc degeneration，IDD）这一 “小麻烦” 却逐渐找上门来。IDD 会引发炎症反应，导致患者长期遭受腰痛折磨，严重影响生活质量，还让社会背负了沉重的经济负担。

目前的临床治疗手段在应对 IDD 时，就像带着镣铐跳舞，存在诸多限制。比如，它们无法充分解决椎间盘局部炎症和生物力学变化的问题，不能有效恢复椎间盘正常的生物力学环境，就像给 “生病” 的椎间盘打了一剂 “不彻底的补丁”，难以满足患者的治疗需求。而且，寻找能精准复制髓核（nucleus pulposus，NP）组织力学性能的植入物也困难重重，现有的生物材料在复杂的生理环境中应用受限。在这样的困境下，研发新的治疗方法迫在眉睫，就像在黑暗中寻找那一束能照亮前路的光。

苏州大学的研究人员勇敢地踏上了探索之路，他们致力于研发一种能有效治疗 IDD 的新策略。最终，他们成功制备出一种可注射的粘弹性离子水凝胶（viscoelastic ionic hydrogel，VIG），并对其展开了一系列深入研究。这项研究成果发表在《BIOMATERIALS RESEARCH》上，为 IDD 的治疗带来了新的曙光。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。在材料制备方面，通过调整固体含量，采用物理交联的方式，制备出不同刚度的 VIG；利用多种检测技术对 VIG 的微观结构、流变学特性等进行表征。在动物实验中，构建大鼠 IDD 模型，评估 VIG 对椎间盘力学性能的影响；还进行了细胞实验，研究 VIG 对 NP 细胞的作用机制。此外，借助有限元分析，模拟人体脊柱力学环境，探究 VIG 对椎间盘力学分布的影响。

下面让我们一起看看具体的研究结果：

• VIG 的特性：通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术分析发现，Mg²⁺仅改变了聚乙醇酸（PVA）水凝胶的物理交联，未影响其化学结构。流变学测试显示，VIG 表现出类似天然 NP 组织的频率依赖性刚度，具有良好的减震性能。同时，VIG 具有剪切稀化特性，注射力适中，且在高剪切应变后能迅速恢复其粘弹性和结构，稳定性良好。在降解和离子释放方面，VIG 在 14 天内有一定的质量损失，能有效释放 Mg²⁺，且具有良好的吸水性。细胞实验和动物组织病理分析表明，VIG 具有良好的生物相容性。
• 优化病理应力环境：有限元分析构建人体腰椎脊柱模型，模拟不同力学加载情况。结果显示，在垂直应力作用下，VIG 组椎间盘的力学缓冲能力得到有效恢复，其在 NP 部位的受力情况与健康组无显著差异，表明 VIG 有潜力替代 NP 的力学功能。同时，在不同频率加载时，VIG 组椎间盘的运动学特征无明显改变，且其损失因子随频率增加而增大，增强了体内的压力缓冲效果。
• 恢复力学性能：对大鼠尾椎椎间盘进行力学测试，结果显示，穿刺导致的 IDD 大鼠椎间盘拉伸刚度下降、压缩刚度增加，而 VIG 处理后，椎间盘的拉伸和压缩性能均得到改善，能量密度增加，应力松弛性能也有所恢复，有效缓解了 IDD 导致的力学失衡。
• 抑制 IDD 进展：在大鼠模型体内实验中，磁共振成像（MRI）显示，VIG 组的 NP 在治疗后能更好地保持水分，Pfirrmann 评分更低，椎间盘高度塌陷更慢。组织学染色和免疫组化结果表明，VIG 组的 NP 退变程度较轻，其中胶原蛋白 II（collagen II）和聚集蛋白聚糖（Acan）表达增加，基质金属蛋白酶 - 13（MMP - 13）表达减少，证实 VIG 能有效抑制 IDD 进展。
• 调节 NPCs 代谢机制：使用白细胞介素 - 1β（IL - 1β）模拟 NP 细胞退变，细胞荧光染色和蛋白质检测结果显示，VIG 能有效减轻 IL - 1β 诱导的细胞外基质（ECM）降解。RNA 测序分析发现，VIG 干预后，NP 细胞中 Yap1 表达上调，可能激活了 YAP/TAZ 信号通路，通过整合素 β3 调节 ECM 的合成和组织，从而对抗 NP 细胞的退变。

总的来说，研究人员制备的 VIG 具有高可注射性、频率依赖性粘弹性、合适的降解速率、NP 仿生肿胀行为和离子生物活性等诸多优势。VIG 不仅能有效恢复 NP 的高粘弹性，还可能促进髓核再生。它通过恢复 IDD 的生物力学功能，调节局部炎症微环境，为治疗 IDD 提供了一种简单而有效的策略，有望成为 IDD 微创治疗的理想材料。这一研究成果为 IDD 的治疗开辟了新的方向，就像为在黑暗中摸索的人们点亮了一盏明灯，让我们看到了攻克 IDD 这一难题的希望，相信在未来，它将为众多 IDD 患者带来新的治疗选择和健康的曙光。