综述：水凝胶递送系统在椎间盘退变中的应用：现状与未来展望

《Journal of Controlled Release》：Hydrogel delivery systems in intervertebral disc degeneration: Current status and future perspectives

【字体：大中小】 时间：2025年07月31日 来源：Journal of Controlled Release 11.5

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　　这篇综述系统阐述了水凝胶递送系统在椎间盘退变（IVDD）治疗中的突破性进展，重点分析了其通过"土壤-种子"理论调控退变微环境（ECM降解、氧化应激、炎症失衡）和细胞功能（凋亡、衰老、程序性死亡）的双重优势，并展望了智能响应型水凝胶与基因编辑、人工智能等技术的交叉融合前景。

水凝胶递送系统在椎间盘退变中的革新性应用

1. 椎间盘退变的病理挑战

椎间盘退变（IVDD）作为下腰痛（LBP）的主要病因，其核心病理特征包括细胞外基质（ECM）中蛋白聚糖裂解加速、II型胶原向I型胶原转化、氧化应激（ROS积累）以及"衰老-凋亡-自噬"的恶性循环。传统治疗如非甾体抗炎药（NSAIDs）和椎间盘切除术仅能缓解症状，而人工椎间盘置换存在假体下沉风险。这促使研究者转向具有"结构-功能"双重优势的水凝胶系统——其90%高含水量和0.1-1.5 MPa弹性模量可精准模拟天然髓核力学特性。

2. 水凝胶的"土壤-种子"调控机制

基于仿生学设计的水凝胶通过三重作用逆转退变：

微环境重塑：pH/ROS响应型水凝胶（如镁硼化物藻酸盐MB-ALG）可将酸性环境（pH≈6.2）中和至弱碱性（pH≈8.0），同时锰氧化物纳米酶（MnO₂）通过催化H₂O₂分解缓解氧化应激。
细胞保护：负载Klotho环状RNA的糖胺聚糖凝胶（GAG Gel）通过SIRT6/NRF2/HO-1通路逆转髓核祖细胞（NPPCs）衰老；而铁吸附水凝胶（FDA-TA）通过抑制NCOA4介导的铁自噬（ferritinophagy）阻遏铁死亡。
智能响应：近红外光响应型铜离子水凝胶（HA-NCSN/Cu）实现按需释放TGF-β，同时光热效应激活Smad通路促进aggrecan合成。

3. 突破性技术进展

纳米复合水凝胶：黑磷量子点（BPQDs）与明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）微球复合物可将H₂O₂清除效率提升229%，并通过ASIC-3/NF-κB通路抑制炎症。
外泌体疗法：过表达GLRX3的间充质干细胞外泌体（EVs-GLRX3）通过调节氧化还原稳态，使髓核细胞（NPCs）的线粒体膜电位恢复至正常水平85%。
基因水凝胶：靶向p65的siRNA@G5-PBA@Gel通过动态亚胺键实现酸性环境触发释放，沉默NF-κB后使MMP-3表达降低70%。