近日，骨科研究所杨惠林教授、施勤教授、徐勇教授团队的论文“Seeds-and-Soil Inspired Hydrogel Microspheres: A Dual-Action Antioxidant and Cellular Therapy for Reversing Intervertebral Disc Degeneration”在Biomaterials期刊上在线发表。杨依林博士为论文第一作者，杨惠林教授、施勤教授和徐勇教授为论文的通讯作者。
椎间盘退变（IVDD）是一种复杂的病理过程，退变过程中氧化应激造成髓核细胞（NPCs）死亡和细胞外基质（ECM）降解，进一步加剧椎间盘内微环境恶化，导致氧化应激-椎间盘退变的恶性循环。目前对这一疾病的治疗往往依赖于外科手术，难以达到良好的组织学和力学修复效果。因此，改善氧化应激微环境、促进髓核细胞存活和重建细胞外基质等针对IVDD发病机制的治疗策略具有良好的应用前景，与之相对应，生物材料结合细胞疗法可能成为治疗IVDD疾病的黄金组合。
在IVDD进展过程中，髓核细胞死亡和细胞外基质降解塌陷类似于自然界种子和土壤的同步破坏与污染，导致种子无法获取足够的营养维系生长发育，因此需要改良环境的同时补充生命力旺盛的种子和土壤来促进修复过程。受此启发，我们设计了一种可以打断氧化应激-椎间盘退变循环的水凝胶微球，通过负载NPCs外源性补充种子细胞，促进NPCs存活、增殖、功能恢复，加速ECM重建，构建种子-土壤互相支持的修复系统。基于以上设想开发了载有NPCs的TBA@Gel&Chs水凝胶微球，以明胶和硫酸软骨素模拟细胞外基质中胶原和氨基聚糖的主要成分，为细胞提供粘附微位点和生长支撑，TBA作为合成多酚，具有比天然多酚更稳定的抗氧化特性，三者通过光交联、分子内氢键等作用结合后可以显著促进细胞粘附、增殖和抗氧化效果。体外实验证实了TBA@Gel&Chs微球体系可以有效的消除包括过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(O2•−)和羟基自由基(•OH)在内的活性氧自由基（ROS)，发挥良好的细胞外抗氧化能力。同时TBA@Gel&Chs微球能够显著上调髓核细胞Sirt3-Sod2信号轴的表达，有效缓解经氧化氢(H2O2)处理后细胞线粒体膜电位下降，促进细胞存活和细胞外基质分泌功能恢复，发挥良好的细胞内抗氧化功能，表现出细胞外和细胞内双重抗氧化能力。
体内实验方面，本研究分别构建了针刺诱导退变模型和髓核切除退变模型，验证了TBA@Gel&Chs微球对不同退变程度椎间盘退变均有良好的修复作用，尤其证实负载NPCs的水凝胶微球显著恢复了严重退变椎间盘的组织学结构和生物力学性能。
生物机制方面，髓转录组测序结果提供了TBA@Gel&Chs微球抗氧化机制的证据：经过微球治疗后，髓核细胞的细胞外基质合成、胶原结合、糖酵解和谷胱甘肽与NADPH关联等功能显著增强，提示TBA@Gel&Chs 通过提升抗氧化能力、改变细胞能量代谢等方式有效促进氧化应激条件下NPCs存活和功能恢复。
综上，本研究的主要创新之处为：（1）结合生物材料和细胞疗法的IVDD综合治疗方式；（2）外源性补充髓核细胞、细胞外基质模拟物，增强修复体系内“种子-土壤”之间互相支持功能；（3）系统性提升细胞外和细胞内双重抗氧化能力；（4）促进退变椎间盘的组织学和生物力学恢复。这些结果表明，本研究开发的负载NPCs的TBA@Gel&Chs微球在治疗IVDD方面取得了良好的治疗效果，为应用生物材料结合细胞疗法治疗IVDD提供了借鉴。
文章题目：
Seeds-and-Soil Inspired Hydrogel Microspheres: A Dual-Action Antioxidant and Cellular Therapy for Reversing Intervertebral Disc Degeneration.
文章网址：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2025.123326.
