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【编辑推荐】针对椎间盘退变（IDD）引发的慢性背痛与功能障碍，研究人员开发含聚 N - 异丙基丙烯酰胺接枝硫酸软骨素（PNIA-g-CS）交联海藻酸钠微球（NaA Ms）并负载生长分化因子 5（GDF-5）的热敏可注射水凝胶。体内外实验表明其可促进髓核细胞（NPCs）活性与椎间盘再生，为 IDD 修复提供新策略。
椎间盘退变（Intervertebral Disc Degeneration, IDD）如同潜伏在人体脊柱中的 “隐形杀手”，随着人口老龄化加剧，其引发的慢性背痛和功能障碍正成为全球范围内的重大健康挑战。传统的手术治疗如脊柱融合或椎间盘切除，虽能缓解疼痛，却无法逆转椎间盘结构损伤，还可能引发邻近节段退变等长期并发症；药物治疗则难以修复已受损的椎间盘组织。如何唤醒椎间盘的再生能力，重建其生物力学功能，成为医学界亟待攻克的难题。
在这样的背景下，复旦大学附属闵行医院的研究团队开展了一项极具创新性的研究。他们聚焦于生物材料与再生医学的交叉领域，致力于开发一种能精准修复退变椎间盘的新型载体。研究成果发表在《Journal of Biological Engineering》，为椎间盘再生治疗开辟了新路径。
关键技术方法
研究采用自由基聚合技术合成了聚 N - 异丙基丙烯酰胺接枝硫酸软骨素（PNIA-g-CS），通过水 - 油乳化法制备海藻酸钠微球（NaA Ms），并将两者复合形成热敏水凝胶（HMs）。通过负载生长分化因子 5（GDF-5），结合脂肪源性间充质干细胞（ADMSCs）的微创注射，构建了 “材料 - 生长因子 - 细胞” 的协同修复体系。研究中利用差示扫描量热法（DSC）测定低临界溶液温度（LCST），通过流变学、压缩测试及扫描电子显微镜（SEM）等手段对水凝胶的物理性能与微观结构进行表征，并借助体内外细胞实验与大鼠椎间盘退变模型验证其生物活性。
研究结果
水凝胶的物理特性与表征
PNIA-g-CS 的 LCST 在 5%（w/v）和 15%（w/v）浓度下分别为 31.8°C 和 32.3°C，接近人体生理温度，确保其在微创注射后能快速凝胶化。扫描电镜显示 HMs 具有 300-500 μm 直径的多孔网络结构，有利于细胞黏附与营养交换。傅里叶红外光谱（FTIR）证实了 PNIA、CS 与 NaA 的成功交联，流变学测试表明其储存模量（G'）显著高于损耗模量（G''），具备良好的弹性与力学支撑能力。
体外细胞相容性与生物活性
GDF-5 负载的 HMs（1 mg/mL）可显著促进髓核细胞（NPCs）增殖，降低炎症因子 TNF-α、IL-6 和 IL-1β 的表达。与 ADMSCs 共培养后，细胞活力高达 99.9%，且能诱导 ADMSCs 向 NPCs 分化，表现为 II 型胶原蛋白（COL-II）和聚集蛋白聚糖（ACAN）等髓核特异性标志物的上调。伤口划痕实验与管形成实验显示，HMs-GDF-5 可增强细胞迁移能力，促进血管生成相关结构的形成。
体内椎间盘再生效果
在大鼠 IDD 模型中，注射 HMs-GDF-5-ADMSCs 的实验组在 8 周时展现出显著的椎间盘高度恢复（通过 X 射线测量），髓核组织中 COL-II 和 ACAN 的蛋白与 mRNA 表达水平显著提升。组织学染色显示，实验组髓核细胞与细胞外基质（ECM）结构得到部分修复，纤维化程度明显减轻。此外，该水凝胶表现出良好的生物相容性，溶血率低于 5%，且在体内可逐步降解，降解率在 24 天时达 80%。
结论与意义
这项研究成功开发了一种集热敏响应、生物相容性与生长因子缓释功能于一体的可注射水凝胶系统。其核心价值在于通过 PNIA-g-CS 的温敏特性实现微创注射后的原位凝胶化，利用海藻酸盐微球的多孔结构搭载 GDF-5，持续诱导间充质干细胞向髓核细胞分化，同时通过机械支撑与抗炎作用改善椎间盘微环境。体内外实验证实，该水凝胶能有效促进髓核再生，恢复椎间盘高度与生物力学功能，为 IDD 的临床治疗提供了极具潜力的新型策略。
值得关注的是，研究中构建的 “材料 - 因子 - 细胞” 协同递送平台，不仅为椎间盘再生提供了新工具，也为其他软骨组织损伤修复提供了可借鉴的思路。未来若能进一步优化水凝胶的降解速率与生长因子释放动力学，有望加速其向临床转化的进程，为 millions of IDD 患者带来福音。
