缓释亚精胺水凝胶通过调控巨噬细胞极化促进脊髓损伤修复

本刊推荐：针对脊髓损伤(SCI)后炎症微环境调控难题，研究人员开发了基于醛基化甲基丙烯酰化透明质酸(AHAMA)的缓释亚精胺水凝胶系统(SpdHAMA)。该研究通过动态希夫碱反应构建具有稳定力学性能的可注射水凝胶，实现亚精胺的持续释放，显著抑制M1型巨噬细胞极化并通过PTPN2-STAT1信号轴调控免疫微环境。动物实验证实该水凝胶能促进轴突再生和运动功能恢复，为脊髓损伤修复提供了新型免疫调节型生物材料解决方案。

　　

脊髓损伤是一种毁灭性的神经系统疾病，会导致损伤平面以下感觉和运动功能丧失，给患者和社会带来沉重负担。当前临床治疗手段效果有限，主要挑战在于损伤后复杂的病理微环境——包括神经元丢失、氧化应激、炎症反应和胶质瘢痕形成等过程，这些因素共同构成了阻碍神经再生的化学物理屏障。近年来，生物材料科学的进展为脊髓损伤治疗提供了新思路，其中可注射水凝胶因其能模拟细胞外基质(ECM)特性、适合微创手术等优势受到广泛关注。

透明质酸(HA)作为ECM中天然存在的多糖分子，在神经系统发育中发挥重要作用，但其临床应用受到机械性能差、细胞粘附力弱和酶解速度快等限制。为解决这些问题，研究人员通过化学修饰开发了醛基化甲基丙烯酰化透明质酸(AHAMA)水凝胶。同时，多胺类物质亚精胺(spermidine)因其抗炎特性和神经保护作用备受关注，但其在脊髓损伤治疗中的应用尚未得到充分探索。

发表在《BIOMATERIALS RESEARCH》的这项研究创新性地将亚精胺与AHAMA水凝胶结合，通过动态希夫碱反应构建了缓释亚精胺水凝胶系统(SpdHAMA)，并系统评估了其对脊髓损伤修复的效果。

研究采用的主要技术方法包括：1) 通过核磁共振(¹H NMR)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征材料化学结构；2) 凝胶渗透色谱(GPC)分析分子量分布；3) 扫描电镜(SEM)观察材料微观结构；4) 流变学和力学测试评估材料性能；5) 使用C57BL/6小鼠脊髓损伤模型进行体内功能评价；6) 流式细胞术和Western blot分析细胞表型及信号通路。

材料合成与表征

研究人员通过分步合成法制备SpdHAMA：首先使用高碘酸钠氧化HA获得醛基化HA(AHA)，然后与甲基丙烯酸酐(MA)反应生成AHAMA，最后通过希夫碱反应将亚精胺接枝到AHAMA上。表征结果证实成功引入了醛基、甲基丙烯酸酯基和亚精胺基团。随着亚精胺浓度增加，水凝胶交联密度提高，机械性能增强，孔径减小(从80.88μm降至31.32μm)。M-SpdHAMA(2mM亚精胺)表现出最佳的平衡性能：压缩模量48.44%，溶胀率389.85%，孔隙率83.38%。

体外降解与释放性能

降解实验显示水凝胶降解速率与亚精胺浓度呈负相关，M-SpdHAMA在28天内降解约80%。释放动力学符合一级动力学模型，M-SpdHAMA的亚精胺累积释放率约79%，表现出良好的缓释特性。

生物相容性评价

CCK-8实验表明AHAMA水凝胶在0.1-10.0mg/ml浓度范围内无神经毒性，且能促进神经元活性。流式细胞术和Western blot结果显示水凝胶处理组神经元凋亡率与空白组无显著差异，免疫荧光显示M-SpdHAMA组神经元数量显著增加。

体内治疗效果

在脊髓损伤小鼠模型中，SpdHAMA水凝胶组表现出最佳的运动功能恢复。Basso Mouse Scale(BMS)评分显示在第28天时，M-SpdHAMA组评分显著高于单纯亚精胺注射组和AHAMA水凝胶组。足迹分析和肌电图结果进一步证实了运动功能的改善。脑脊液检测表明SpdHAMA组能维持稳定的亚精胺浓度。

组织修复与免疫调节

TUNEL染色显示M-SpdHAMA组凋亡细胞数量显著减少。免疫荧光显示该组神经元标志物NF200表达增加，星形胶质细胞标志物GFAP表达减少。重要的是，M-SpdHAMA显著抑制了M1型巨噬细胞(CD86⁺)的极化，这种效应在损伤后第7天和第28天均持续存在。

机制探讨

体外实验表明SpdHAMA水凝胶能显著抑制LPS/IFN-γ诱导的M1巨噬细胞极化。Trans-well实验显示该材料能抑制M1巨噬细胞迁移。Western blot分析发现SpdHAMA处理上调了蛋白酪氨酸磷酸酶非受体2型(PTPN2)表达，同时降低了STAT1磷酸化和iNOS蛋白水平，表明其通过PTPN2-STAT1信号轴调控巨噬细胞极化。

研究结论表明，SpdHAMA水凝胶通过缓释亚精胺有效调控损伤局部免疫微环境，抑制M1巨噬细胞极化，促进神经再生和功能恢复。这种可注射免疫调节型水凝胶为脊髓损伤修复提供了新的治疗策略，具有重要的临床转化价值。未来研究需要进一步探索其在灵长类动物模型中的效果，并深入阐明亚精胺调控PTPN2的具体分子机制。