工程化增强的细胞外囊泡-水凝胶复合物通过ROS响应释放模式缓解脊髓损伤

本期推荐：针对脊髓损伤（SCI）复杂的病理微环境动态变化难题，研究人员开发了一种工程化增强的细胞外囊泡（3EVs-Dxm）集成水凝胶（3EVs-Dxm-Gel）。通过三维培养和地塞米松（Dxm）加载强化EVs功能，并利用苯硼酸酯键实现活性氧（ROS）响应释放。该策略显著抑制急性期氧化损伤和神经炎症，促进慢性期神经修复与血管再生，为中枢神经系统损伤治疗提供新思路。

　　

脊髓损伤（SCI）是导致终身残疾的毁灭性疾病，每年全球新增病例超过25万。尽管医疗技术进步提高了患者生存率，但继发性损伤引发的神经炎症、氧化应激和血管破坏仍使功能恢复面临巨大挑战。传统大剂量甲基强的松龙治疗因严重副作用被弃用，而间充质干细胞（MSC）衍生的细胞外囊泡（EVs）虽具有多效治疗潜力，却面临动态病理微环境中按需释放的难题。

为解决这一瓶颈，浙江大学的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表研究，通过三步工程化策略构建了ROS响应型EVs-水凝胶复合系统。首先采用三维（3D）培养增强MSC球体（MS）来源EVs（3EVs）的促血管和神经营养能力；其次通过探针超声将抗炎药Dxm封装为3EVs-Dxm；最后通过邻二羟基（-2OH）修饰和苯硼酸（PBA）交联形成可注射水凝胶（3EVs-Dxm-Gel）。该系统通过PBA酯键实现EVs的ROS响应释放，同时利用单宁酸（TA）的抗氧化特性协同调控微环境。

关键技术包括：三维MSC球体培养与EVs提取、探针超声载药优化（10%能量实现84.61 μg Dxm/50 μg EVs）、DSPE-PEG₅₀₀₀-2OH膜修饰及HA-PBA/TA交联凝胶化。动物实验采用SD大鼠完全横断SCI模型，通过活体成像、BBB评分、VICON运动捕捉等评估疗效。

研究结果
1. 3EVs-Dxm-Gel的构建与特性
3D培养的MS直径约1.8 mm，分泌的3EVs保留典型杯状形态（~135 nm），但促HUVEC迁移和PC12轴突生长能力显著优于2D-EVs。超声载药后3EVs-Dxm在BV2细胞中1小时内快速内化，通过抑制iNOS（降低72%）和促进CD206表达（增加3.1倍）展现强效抗炎作用。水凝胶孔隙50-100 μm，机械性能匹配脊髓组织（0.1-16 kPa），在1 mM H₂O₂中6天完成EVs释放，而单纯混合凝胶（3EVs-Dxm + Gel）24小时即释放80%。

2. 急性期微环境调控
脊髓原位注射显示3EVs-Dxm-Gel可滞留7天，显著降低4-HNE（氧化损伤标志物）和8-OHdG（DNA氧化产物）水平。WB证实其通过激活Nrf2/HO-1通路（上调2.3倍）增强抗氧化能力，并抑制NF-κB通路（p-p65/p65比值下降58%）减轻神经炎症。

3. 长期功能与组织修复
治疗6周后，3EVs-Dxm-Gel组BBB评分达7.67（SCI组仅3.33），运动轨迹分析显示踝关节摆动幅度恢复近正常水平。组织学显示损伤区神经纤维密度增加2.8倍，CD31⁺血管密度提高4.2倍，且主要脏器未见毒性。

结论与意义
该研究创新性地将EVs工程化与智能材料结合，首次实现SCI微环境动态响应的时序治疗。3EVs-Dxm-Gel在急性期通过ROS触发释放抗炎EVs，同时TA中和自由基；慢性期持续释放的3EVs促进神经血管再生。这种"时空调控"策略为中枢神经损伤提供了可转化的治疗范式，其模块化设计也可拓展至其他疾病应用。未来研究可探索全身给药与局部植入的联合方案，以进一步优化长期疗效。