PLGA微球嵌入GelMA水凝胶局部递送IL-13改善小鼠脊髓挫伤模型功能与组织学恢复

推荐：针对脊髓损伤(SCI)后再生能力有限且缺乏有效治疗的问题，研究人员开发了由IL-13负载PLGA微球嵌入光交联明胶甲基丙烯酰胺(GelMA)基质组成的可注射水凝胶递送系统(HGIL13)。该系统实现IL-13持续释放达6周，在小鼠挫伤SCI模型中显著改善功能恢复、减少病变体积和脱髓鞘面积，并通过HexbtdTomato小鼠模型证实其通过调节神经免疫反应促进修复。该研究为SCI免疫调节治疗提供了安全有效的转化策略。

　　

脊髓损伤(SCI)是一种严重的神经系统疾病，目前缺乏有效的治愈方法。尽管在药物和手术干预方面取得了一些进展，但SCI患者的再生能力仍然有限，亟需开发新型治疗策略。SCI病理生理过程复杂，涉及原发性机械损伤和继发性炎症反应，其中免疫细胞的激活和极化状态对损伤修复至关重要。白细胞介素-13(IL-13)作为一种免疫调节细胞因子，在促进免疫细胞替代性激活和改善SCI后恢复方面显示出治疗潜力。然而，基于细胞的IL-13递送方法受到移植物存活率低和损伤部位定位差的限制。

University College Dublin, Belfield的研究人员开发了一种创新的可注射水凝胶递送系统(HGIL13)，该系统由IL-13负载的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)微球嵌入可光交联的明胶甲基丙烯酰胺(GelMA)基质组成，能够实现IL-13的持续和局部释放。相关研究成果发表在《Bioactive Materials》上。

研究人员采用的主要技术方法包括：PLGA微球双乳化法制备、GelMA水凝胶光交联合成、体外IL-13释放动力学测定、BV2小胶质细胞炎症模型评估、小鼠脊髓挫伤模型构建、Hexb^tdTomato转基因小鼠的免疫细胞分选，以及RNA测序分析等。

研究结果显示：

HGIL13表征：SEM成像显示GelMA具有多孔结构(平均孔径105±5μm)，PLGA微球平均直径3.2±0.2μm，IL-13包封效率达43.0±0.5%。流变学测试表明添加PLGA微球使水凝胶储能模量从30±3Pa增至44±5Pa。

体外IL-13释放与生物活性：HGIL13可实现长达6周的IL-13持续释放，并能有效抑制LPS诱导的BV2小胶质细胞炎症反应，降低TNF-α和iNOS表达，同时增加Arg-1表达。

功能与组织学改善：在Hexb^tdTomato小鼠挫伤SCI模型中，HGIL13治疗从第4天起显著改善BMS评分，28天时减少28%的病变体积和35%的脱髓鞘面积，同时降低GFAP表达的星形胶质细胞增生。

神经保护作用：HGIL13使cleaved caspase-3⁺NeuN⁺凋亡神经元数量减少47%，但对小胶质细胞凋亡无显著影响。

免疫调节机制：通过Hexb^tdTomato标记证实HGIL13减少23%的Iba-1⁺tdTomato⁺小胶质细胞数量，降低CD86表达，同时增加小胶质细胞和单核细胞源性巨噬细胞的Arg-1表达。CD86⁺/Arg-1⁺细胞比例显著降低。

转录组学分析：7天时RNA测序显示HGIL13下调小胶质细胞中与细胞分裂相关的基因(如Mmp13、Hmbg3等)，涉及"染色体分离"、"核分裂"等生物学过程。

这项研究首次证明了基于生物材料的IL-13递送系统在SCI治疗中的转化潜力。通过精确调控损伤部位的免疫微环境，HGIL13实现了功能恢复和组织修复的双重改善。研究创新性地采用Hexb^tdTomato小鼠模型区分了小胶质细胞和单核细胞源性巨噬细胞的响应差异，为理解IL-13的细胞特异性作用机制提供了新见解。该递送系统克服了细胞疗法和重复注射的局限性，为开发下一代SCI修复策略奠定了基础。未来研究可探索HGIL13与其他神经再生因子的联合应用，以及与康复训练的协同效应，进一步推动其临床转化。