种子与土壤启发的抗氧化-细胞双效水凝胶微球：逆转椎间盘退变的创新治疗策略

针对椎间盘退变(IVDD)中氧化应激(ROS)导致的髓核细胞(NPCs)凋亡和细胞外基质(ECM)降解难题，研究人员受“种子-土壤”理论启发，开发了负载NPCs的TBA@Gel&Chs水凝胶微球。该微球通过清除ROS、上调抗氧化蛋白(Sirt3/Sod2)实现细胞内/外双重抗氧化，同时补充NPCs和ECM类似物，在大鼠模型中显著恢复椎间盘组织学和力学性能，为IVDD治疗提供了抗氧化生物材料联合细胞疗法的范式。

　　

椎间盘退变(IVDD)是全球范围内导致腰痛的常见疾病，随着人口老龄化加剧，其发病率持续攀升。这种疾病的本质在于椎间盘内压力升高，导致髓核组织突破纤维环限制，引发疼痛。更棘手的是，衰老、创伤和炎症等因素引发的氧化应激会产生活性氧(ROS)，直接攻击髓核细胞(NPCs)并降解细胞外基质(ECM)，形成“氧化应激→NPCs凋亡/ECM降解→结构破坏→更严重氧化应激”的恶性循环。传统治疗以牺牲脊柱活动性的融合手术为主，无法实现生物学修复。面对这一困境，苏州大学的研究团队在《Biomaterials》发表了一项突破性研究，他们从自然界“种子与土壤”的共生关系获得灵感，开发出兼具抗氧化和细胞治疗功能的TBA@Gel&Chs水凝胶微球系统。

研究团队采用微流控技术制备载细胞微球，通过体外ROS清除实验、细胞活力检测和大鼠IVDD模型评估治疗效果，结合RNA测序解析分子机制。

合成与表征水凝胶微球
通过将合成多酚2,3,4-三羟基苯甲醛(TBA)与甲基丙烯酸化明胶(GelMA)、硫酸软骨素(ChsMA)交联，构建了具有Schiff碱和氢键网络的双交联微球。该微球模拟了ECM中胶原和糖胺聚糖成分，扫描电镜显示其具备多孔结构，利于细胞附着和营养交换。

抗氧化性能验证
体外实验证实TBA@Gel&Chs能高效清除H₂O₂、O₂^•?和•OH三种ROS，其清除率显著高于单一组分。Western blot显示微球处理的NPCs中Sirt3和Sod2蛋白表达上调2-3倍，证实其通过激活内源性抗氧化通路增强细胞防御能力。

细胞保护与功能恢复
在200 μM H₂O₂诱导的氧化应激模型中，负载NPCs的微球使细胞存活率从45%提升至85%，并促进Col2a1和Aggrecan等ECM关键成分的分泌，说明其既能保护“种子”(NPCs)又能改良“土壤”(ECM微环境)。

动物模型治疗效果
在大鼠尾椎针刺和髓核切除两种IVDD模型中，微球治疗组椎间盘高度指数恢复至正常的82%，组织学评分显示蛋白聚糖和II型胶原沉积显著增加，生物力学测试证实椎间盘压缩模量接近健康水平。

RNA测序揭示机制
转录组分析发现微球处理显著上调了NPCs中抗氧化相关通路(如Nrf2通路)和ECM合成相关基因，同时下调炎症因子IL-6和MMP3的表达，从分子层面解释了其打破氧化应激-退变恶性循环的机制。

这项研究的创新性在于首次将“种子-土壤”理论转化为可操作的IVDD治疗策略。TBA@Gel&Chs微球系统通过三重机制发挥作用：作为“人工土壤”的ECM类似物提供力学支撑，多酚成分中断氧化应激链式反应，外源NPCs补充则重启ECM再生进程。这种整合材料科学与细胞疗法的策略，不仅为IVDD治疗提供了新思路，其“微环境调控+功能单元补充”的设计原则也可拓展至其他退行性疾病的治疗。研究团队特别指出，相较于天然多酚，合成TBA具有成本低、稳定性高的优势，更利于临床转化。未来通过优化微球降解速率与细胞负载量，该技术有望成为替代椎间盘融合术的生物学解决方案。