Timp2修饰的明胶-羟基苯丙酸水凝胶通过增强巩膜修复抑制小鼠近视发展的机制研究

本研究针对形觉剥夺性近视(FDM)的治疗难题，创新性地开发了Timp2 mRNA修饰的巩膜干细胞(SSCsTimp2 )复合明胶-羟基苯丙酸(Gtn-HPA)水凝胶系统。通过转录组测序和单细胞RNA测序发现Timp2在FDM巩膜中表达下调，构建的SSCsTimp2 -Gtn-HPA水凝胶展现出优异生物相容性和快速凝胶特性。体外实验证实其可促进人巩膜成纤维细胞(HSF)增殖并抑制凋亡，小鼠体内实验显示能有效调控眼轴参数并改善FDM症状。该研究为近视治疗提供了靶向调控巩膜修复的新策略，具有重要临床转化价值。

　　

近视已成为全球重大公共卫生问题，世界卫生组织统计显示约23亿人受其困扰，尤其在亚洲国家发病率持续攀升。形觉剥夺性近视(FDM)作为青少年常见类型，其发病机制与巩膜细胞外基质(ECM)重构导致的眼轴异常伸长密切相关。传统矫正手段如眼镜、药物等仅能暂时改善症状，无法逆转病理进程。巩膜作为眼球外层保护结构，其生物力学特性直接决定眼轴长度，而基质金属蛋白酶抑制剂2(Timp2)被报道参与ECM稳态调控，但在FDM中的作用机制尚不明确。

青岛大学附属医院的研究团队在《Materials Today Bio》发表创新研究，通过整合转录组测序、单细胞RNA测序和生物材料技术，开发了Timp2 mRNA修饰的巩膜干细胞(SSCs^Timp2
)负载明胶-羟基苯丙酸(Gtn-HPA)水凝胶系统。关键技术包括：1) 通过高通量测序筛选FDM关键基因；2) 使用Lipofectamine MessengerMAX转染Timp2 mRNA；3) 构建酶交联的Gtn-HPA水凝胶载体；4) 建立小鼠FDM模型进行体内验证；5) 采用流式细胞术和电子显微镜分析细胞及超微结构变化。

研究结果部分：
3.1 生物信息学分析揭示Timp2在FDM发病中的关键作用
转录组测序发现FDM小鼠巩膜中Timp2显著下调，蛋白互作网络分析确认其为核心调控因子，为靶向干预提供分子依据。

3.2 巩膜组织的五大细胞亚群特征
单细胞测序鉴定出肌腱细胞、成纤维细胞、肌成纤维细胞等主要亚群，治疗组显示成纤维细胞比例显著增加而肌成纤维细胞减少。

3.3 细胞通讯分析揭示SSCs的关键作用
CellChat分析显示SSCs^Timp2
可增强巩膜细胞间信号传导，特别是与成纤维细胞的交互作用，形成治疗性微环境。

3.4 Timp2 mRNA转染促进SSCs增殖
转染后SSCs维持干细胞特性，CCK-8检测显示增殖能力提升1.8倍，且不影响多向分化潜能。

3.5 SSCs^Timp2
-GH的制备与表征
制备的水凝胶具有快速凝胶(5分钟)和完全降解(4小时)特性，扫描电镜显示均匀多孔结构，为细胞提供理想三维培养环境。

3.6 SSCs^Timp2
-GH调控HSF生物学行为
在缺氧诱导的HSF模型中，该复合物使细胞增殖率提高65%，凋亡率降低40%，α-SMA阳性细胞比例下降52%，证实其可逆转病理性转分化。

3.7 SSCs^Timp2
-GH改善小鼠FDM
治疗组眼轴长度差异减少0.3mm，巩膜厚度增加22%，透射电镜显示胶原纤维直径恢复至正常水平，证实其显著改善巩膜结构重塑。

该研究创新性地将基因修饰干细胞与智能水凝胶相结合，首次阐明Timp2通过调控巩膜成纤维细胞表型转换影响ECM重塑的分子机制。相较于传统光学矫正，这种靶向巩膜修复的策略有望实现近视的根本性治疗。局限性在于尚未在灵长类模型验证疗效，且长期安全性需进一步评估。未来研究可探索Timp2与MMP-2的动态平衡机制，并优化水凝胶的力学性能以更好模拟巩膜微环境。该成果为开发新型近视干预手段提供了理论依据和技术平台，具有重要的临床转化前景。