编辑推荐：
为解决间充质干细胞（MSCs）关节腔注射后清除快、存活难、分化调控不足等问题，研究人员开发了 Mg2?和低氧模拟剂 DMOG 预配位 MSCs 并结合自愈合水凝胶的策略。结果显示该系统显著减轻炎症、促进软骨再生，为骨关节炎治疗提供新方向。
骨关节炎（OA）是一种常见的慢性关节疾病，目前尚无有效治愈方法。传统的间充质干细胞（MSCs）关节腔内注射治疗虽有潜力，但面临着细胞易从关节腔快速清除、在恶劣炎症环境中存活有限以及分化控制不足等严峻挑战。如何提高 MSCs 在骨关节炎治疗中的有效性，成为亟待解决的关键科学问题。
为攻克这些难题，北京大学第三医院的研究人员开展了一项创新研究。他们提出通过将 MSCs 与 Mg2?和低氧模拟剂二甲基草酰甘氨酸（DMOG）预配位，并整合到自适应水凝胶中，以增强 MSCs 的功能，从而实现更有效的骨关节炎治疗。研究结果表明，这种联合策略显著减轻了关节炎症，促进了软骨再生，并改善了关节功能，为骨关节炎的治疗提供了一种协同有效的基于干细胞的治疗新策略。该研究成果发表在《Bioactive Materials》上。
研究中采用了以下主要关键技术方法：首先进行细胞培养与处理，包括大鼠软骨细胞、骨髓间充质干细胞（BMSCs）和 RAW264.7 巨噬细胞的分离与培养，并利用不同浓度的 Mg2?、DMOG 等处理细胞；接着进行水凝胶的合成与表征，合成了甲基丙烯酸酯修饰透明质酸 - 苯基硼酸（HAMA-PBA）水凝胶，并对其形态、力学性能、溶胀降解特性等进行了分析；还通过多种检测手段如 CCK-8 法、免疫荧光染色、ELISA、qRT-PCR、RNA-seq、流式细胞术等评估细胞行为、基因表达、炎症反应等；此外，构建了大鼠骨关节炎模型，并进行了体内植入和治疗实验，通过 MRI、Micro-CT、组织学染色等评估治疗效果。
3.1 镁离子和低氧模拟剂对软骨细胞的调控作用
通过细胞增殖、形态观察、迁移实验及相关标志物检测发现，Mg2?和 DMOG 能有效维持软骨细胞表型，促进糖胺聚糖（GAG）合成，增强 HIF-1α、SOX9、COL-II 等表达，且 DMOG 细胞毒性低。两者联合（M+D）在促进 BMSCs 软骨分化和免疫调节方面表现出协同效应。
3.2 镁离子和 DMOG 对 BMSCs 软骨分化的评估
转录组分析表明，Mg2?和 M+D 处理诱导了更多软骨相关差异表达基因（DEGs），富集于 ECM 受体相关通路、HIF-1α 信号通路等。M+D 组合更有效维持 BMSC 干性相关基因表达，激活 HIF-1α 和 TGF-β 信号通路，促进软骨分化。
3.3 镁离子和 DMOG 在抑制炎症和增强软骨相关基质分泌中的评估
在 RAW264.7 巨噬细胞中，M+D 处理显著抑制促炎因子 IL-1β、IL-6 表达，促进抗炎因子 IL-4、IL-10 表达，诱导巨噬细胞向抗炎 M2 表型极化。在人骨关节炎软骨细胞中，M+D 有效恢复细胞形态，抑制 MMP13 表达，增强软骨基质合成相关基因表达。
3.4 自适应水凝胶的制备
开发了具有共价和动态双重交联网络的 HAMA-PBA 水凝胶，该水凝胶具有自愈合、可注射、组织粘附等特性，能有效保护细胞免受剪切应力损伤，支持细胞增殖和软骨分化。
3.5 自适应水凝胶封装保留预配位 BMSCs 的功能
体外和体内实验表明，HP+Sti-C 水凝胶（负载 M+D 预配位 BMSCs 的 HAMA-PBA 水凝胶）在促进 GAG 分泌、COL-II 表达和软骨再生方面效果最佳，且具有良好的生物相容性。
3.6 体内治疗骨关节炎相关组织损伤
在大鼠骨关节炎模型中，HP+Sti-C 水凝胶联合 M+D 注射显著减少骨赘形成，改善软骨结构和亚软骨骨参数，降低 OARSI 评分和 Mankin 评分，维持胶原纤维正常取向，有效抑制骨关节炎进展。
3.7 体内减少炎症和亚软骨骨吸收的评估
免疫荧光染色显示，HP+Sti-C 联合 M+D 治疗显著减少关节内炎症细胞浸润，抑制破骨细胞活化和骨吸收，维持亚软骨骨结构。
3.8 镁离子和 DMOG 调节软骨细胞与破骨细胞相互作用的研究
Transwell 实验表明，M+D 处理抑制破骨细胞分化和骨吸收，减少软骨细胞肥大分化标志物表达，揭示其通过抑制破骨细胞 - 软骨细胞相互作用发挥治疗作用。
综上所述，该研究通过生物化学预处理和生物材料递送相结合的策略，开发了一种高效的骨关节炎治疗方法。Mg2?通过激活 PI3K-Akt 信号通路调节巨噬细胞极化、抑制破骨细胞活化并维持亚软骨骨完整性，DMOG 通过激活 HIF-1α 通路模拟低氧微环境促进软骨修复和基质合成，两者预配位的 MSCs 结合自愈合水凝胶实现了细胞在损伤部位的滞留和功能维持。该研究为骨关节炎的干细胞治疗提供了新的思路和技术手段，具有重要的临床转化潜力。
