可注射弹性蛋白样重组聚合物水凝胶分层降解策略促进兔模型骨软骨再生研究

本研究针对骨软骨缺损修复中软骨与软骨下骨再生不同步的难题，开发了具有分层降解速率的可注射弹性蛋白样重组聚合物（ELR）水凝胶系统。研究人员通过整合RGD细胞粘附序列和差异降解的蛋白酶敏感基序（DRIR/GTAR），构建了内外层降解动力学可调的化学交联水凝胶，并在兔模型中验证了其促进临界尺寸骨软骨缺损再生的效果。结果显示，均质慢降解水凝胶（SmSc）能最优促进糖胺聚糖（GAGs）合成和软骨下骨重建，间充质干细胞（MSCs）通过旁分泌显著增强再生效果。该研究为时空可控的骨软骨一体化修复提供了新策略。

　　

骨软骨损伤是导致骨关节炎（OA）的主要原因，全球约2.5亿50岁以上人群受累。传统治疗方法如微骨折术和自体软骨细胞移植（ACI）存在纤维软骨形成、移植物整合失败等问题。由于软骨无血管特性与软骨下骨快速再生不同步，亟需开发能时空调控再生过程的生物材料。

西班牙巴利亚多利德大学（Universidad de Valladolid）Bioforge实验室的研究人员设计了一种基于弹性蛋白样重组聚合物（Elastin-Like Recombinamers, ELRs）的可注射双层水凝胶系统。该系统通过铜点击化学（SPAAC）交联，整合RGD细胞粘附序列和两种尿激酶纤溶酶原激活物（uPA）敏感降解基序——慢降解的DRIR序列与快降解的GTAR序列，形成具有差异降解动力学的内外层结构。在兔临界尺寸骨软骨缺损模型中，研究人员测试了7种细胞/降解速率组合，发现均质慢降解水凝胶（SmSc）能最优促进糖胺聚糖（17.64±1.71 μg/mg）和II型胶原合成，完全重建软骨下骨，O'Driscoll评分达9.80±3.70。

关键技术包括：1）基因工程构建含RGD、DRIR、GTAR的ELRs；2）SPAAC点击化学交联形成50 mg/mL水凝胶；3）流变学表征储能模量（G′：慢降解1475±586 Pa，快降解550±169 Pa）；4）新西兰兔（N=50）骨软骨缺损模型；5）糖胺聚糖电泳与尿酸咔唑定量；6）II型胶原免疫组化与天狼星红偏振光分析。

3.1 ELR水凝胶特性

通过应变扫描和温度触发凝胶化实验证实，DRIR-RGD水凝胶具有更高机械强度（1475±586 Pa vs 550±169 Pa），溶胀比达45倍，支持细胞浸润。

3.2 再生软骨质量

SmSc组产生最高GAGs（17.64±1.71 μg/mg），电泳和软骨素酶消化证实为硫酸软骨素（CS）。II型胶原免疫荧光显示SmSc的胶原分布最接近天然软骨，天狼星红染色显示FmSc组纤维排列最优（平行表层/垂直钙化层）。

3.3 结构特征

SmFm组表面连续性最佳，SmSc组结构完整性最高（裂隙最少），而FmSc组与宿主软骨整合最佳，可能与较低GAGs减轻抗粘附作用有关。

3.4 软骨下骨重建

SmSc实现完全骨重建，显著优于对照组（p<0.05），证实均质慢降解凝胶同步促进软骨-骨再生。

3.5 基因型分析

植入1月后未检出供体（雄性）细胞DNA，提示MSCs通过旁分泌激活宿主细胞完成修复。

该研究突破性地证明：1）均质ELR水凝胶（非交替降解）更利于骨软骨一体化再生；2）细胞游离水凝胶（SoSo）仍显著优于空白对照，降低临床转化复杂度；3）MSCs通过旁分泌而非直接分化发挥作用。这种可注射、原位交联的ELR系统为微创治疗骨软骨缺损提供了新范式，论文发表于《Engineered Regeneration》。