氢化硅烯纳米片通过调控巨噬细胞极化治疗废用性肌萎缩的创新研究

为解决废用性肌萎缩(DMA)中巨噬细胞极化失衡导致的肌肉退化问题，上海交通大学医学院团队开发了具有持续释氢特性的氢化硅烯纳米片(H-silicene)。研究发现该材料能显著抑制促炎性M1型巨噬细胞活化，促进抗炎性M2型极化，并通过多组学分析揭示其调控NF-κB、IL-17等通路的作用机制。动物实验证实H-silicene可有效改善肌肉萎缩和运动功能，为肌肉退行性病变提供了新型纳米治疗策略。

　　

在临床骨科和运动医学领域，废用性肌萎缩(Disuse Muscle Atrophy, DMA)始终是困扰医患双方的棘手难题。长期卧床、术后固定等制动状态会导致肌肉质量和功能进行性下降，不仅延缓康复进程，更可能引发跌倒等严重并发症。传统物理疗法和营养干预效果有限，究其根源在于对疾病过程中免疫微环境紊乱的认识不足。近年研究发现，肌肉组织中巨噬细胞的极化失衡是推动DMA发展的关键因素——促炎性的M1型巨噬细胞过度激活会分泌大量TNF-α等炎症因子，而具有修复功能的M2型巨噬细胞却受到抑制，这种"炎症风暴"直接加速了肌纤维降解。

面对这一挑战，上海交通大学医学院Lubing Cai、Zhiqiang Zhang等研究者独辟蹊径，将材料科学与免疫调控相结合，创新性地开发了氢化硅烯(H-silicene)纳米片治疗体系。这种二维纳米材料不仅能克服传统氢气疗法溶解度低、半衰期短的缺陷，其独特的持续释氢特性更赋予了它精准调控免疫微环境的能力。相关成果发表在生物材料领域权威期刊《Materials Today Bio》上，为DMA治疗提供了全新的纳米医学解决方案。

研究团队采用多学科交叉的技术路线：通过氩气保护下的酸处理法从CaSi₂合成H-silicene纳米片，并运用TEM、AFM等技术进行表征；建立小鼠后肢制动模型模拟临床DMA；结合单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析肌肉组织细胞图谱；采用流式细胞术和免疫荧光检测巨噬细胞表型转化；通过转录组和蛋白质组学解析分子机制；最后通过握力测试和转棒实验评估功能恢复情况。

研究结果层层递进地揭示了H-silicene的治疗机制。材料表征显示，制备的H-silicene纳米片厚度仅1.53nm，能在PBS中持续释放氢气。单细胞测序发现制动组肌肉中CD86⁺ M1型巨噬细胞显著增加，而CD163⁺ M2型减少。体外实验证明，250μg/mL H-silicene可使LPS诱导的M1型巨噬细胞(CD86⁺)比例从65.2%降至30.4%，同时将M2型(CD206⁺)比例从0.68%提升至37.6%。ELISA检测显示该材料能显著降低TNF-α、IL-1α等促炎因子，提升IL-10、TGF-β等抗炎因子水平。

在机制研究方面尤为深入，通过共培养实验发现H-silicene处理的巨噬细胞条件培养基能有效保护C2C12肌管免受萎缩。动物实验证实，制动小鼠经H-silicene治疗后，腓肠肌纤维横截面积增加，胶原沉积减少，握力提升50%以上。免疫荧光显示肌肉组织中iNOS⁺/TNF-α⁺细胞减少而CD206⁺/IL-10⁺细胞增多。多组学分析揭示H-silicene通过调控NF-κB、精氨酸代谢等通路发挥作用，特别是上调了肌肉特异性基因Nmrk2和抗萎缩基因Smox的表达。

在讨论部分，作者强调H-silicene相较于其他二维材料（如黑磷、MXene）的独特优势——无需外界刺激即可在生理环境中持续释氢，且降解产物生物相容性好。该研究首次证实纳米材料可通过调控巨噬细胞极化来治疗DMA，突破了传统疗法仅关注蛋白代谢平衡的局限。虽然仍需解决大规模制备等问题，但这项工作为开发"免疫代谢-纳米材料"协同治疗策略提供了重要范式，不仅适用于肌肉萎缩，对关节炎、肌腱病等炎症相关运动系统疾病也有借鉴意义。正如研究者所言，这种"以氢调免，以纳护肌"的创新思路，或将成为再生医学领域的新风向标。