基于墨鱼墨纳米颗粒-水凝胶微球的协同抗氧化与基质合成激活策略治疗椎间盘退变

针对椎间盘退变(IVDD)现有疗法无法恢复组织功能的临床难题，苏州大学团队创新性构建了负载墨鱼墨纳米颗粒(CINPs)的甲基丙烯酰化明胶(GelMA)微球体系。研究证实GelMA@CINPs通过激活NRF2/HO-1通路增强髓核细胞(NPCs)抗氧化防御能力，同时促进细胞外基质(ECM)合成，在大鼠模型中显著促进髓核组织再生，为IVDD的再生治疗提供了双功能材料平台。

　　

椎间盘退变(Intervertebral disc degeneration, IVDD)作为脊柱退行性病变的主要诱因，全球范围内困扰着数亿人群，尤其是老龄化患者。这种疾病的本质在于髓核组织(Nucleus pulposus, NP)中蛋白聚糖和II型胶原的进行性流失，伴随氧化应激与慢性炎症的恶性循环。当前临床治疗手段如药物镇痛或椎间盘切除术仅能缓解症状，却无法逆转组织退化进程。更棘手的是，传统手术可能引发邻近节段退变等并发症。在这一背景下，开发能够同时对抗氧化损伤并促进组织再生的新型治疗策略，成为脊柱外科领域亟待突破的科学难题。

苏州大学附属第一医院骨科团队在《Materials Today Bio》发表的研究中，巧妙利用自然界中具有悠久药用历史的墨鱼墨资源，通过微流控技术构建了负载墨鱼墨纳米颗粒(Cuttlefish ink nanoparticles, CINPs)的GelMA水凝胶微球系统。研究采用差速离心法提取CINPs，结合微流控技术制备直径约300μm的GelMA@CINPs微球，通过氨基酸和单糖组分分析、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术进行材料表征。体外实验采用大鼠原代髓核细胞(NPCs)培养模型，通过CCK-8、活死染色、免疫荧光、Western blot等方法评估细胞行为；体内实验建立大鼠尾椎髓核切除模型，通过X线、MRI和组织学分析评价治疗效果。

3.1 材料表征揭示CINPs特性

研究显示CINPs呈球形（直径约100nm），富含脯氨酸(21%)和岩藻糖(58%)。负载CINPs的微球保持多孔结构，孔径增至10μm，体外降解实验证实其可持续释放4周。

3.2 微球展现优异细胞相容性

活死染色显示微球上NPCs存活率超90%，CCK-8检测表明GelMA@CINPs组细胞增殖速度显著提升。三维培养的NPCs中Aggrecan和Col2a1基因表达分别上调39%和88%，而基质降解酶Adamts5和Mmp13表达下降71%和39%。

3.3 转录组测序揭示作用机制

RNA-seq发现2497个基因上调，涉及ECM合成和抗氧化通路。GSEA分析证实NRF2通路激活与炎症通路抑制的协同效应，Western blot显示NRF2和HO-1蛋白表达分别增加233.2%和125.6%。

3.4 双模式抗氧化机制

化学层面：CINPs中真黑色素通过HAT/SET机制直接清除ROS；生物层面：岩藻糖激活NRF2/HO-1通路。H₂O₂刺激实验中，GelMA@CINPs组DCFDA荧光强度降低57.3%，siRNA敲低NRF2后该保护效应消失。

3.5 动物实验验证治疗效果

术后8周，GelMA@CINPs+NPCs组椎间盘高度指数(DHI)仅降低18%，显著优于单纯细胞移植组(40%)。MRI的Pfirrmann评分显示治疗组退变程度仅为假手术组的1.4倍，组织学检测显示胶原II沉积达自然髓核的29.4%。

这项研究的突破性在于首次将海洋生物材料CINPs应用于椎间盘再生领域，其创新设计的双模式抗氧化系统（化学清除与生物通路激活）为解决IVDD治疗中的氧化应激难题提供了新思路。通过微球载体实现CINPs的缓释，既克服了直接注射纳米颗粒易扩散的缺点，又利用三维培养优势增强了NPCs的基质合成功能。值得注意的是，材料中岩藻糖组分与天然髓核ECM相似的负电荷特性，可能创造了更接近生理的微环境。尽管在作用时效评估和大型动物模型验证方面仍需深入，该研究为开发具有临床转化潜力的功能性人工髓核奠定了重要基础，也为其他氧化应激相关疾病的治疗策略设计提供了借鉴。