Adv Sci:为受损关节“唤醒”干细胞活力!空军军医大学张大伟等团队开发新型水凝胶化身“营养基”,逆转病变微环境促软骨再生


骨关节炎(OA)以进行性软骨退变为主要特征,且自身修复能力有限。基质血管组分(SVF)移植在再生受损关节组织方面展现出潜力;然而,病变的微环境会损害SVF的干性,从而制约治疗效果。

2026年4月20日,空军军医大学张大伟、Wu Haining、中山大学何留民共同通讯在Advanced Science(IF=14.1)在线发表题为Self-Assembling Hybrid Hydrogel Reprograms the Stromal Vascular Fraction to Treat Osteoarthritis的研究论文。研究开发了一种仿生水凝胶,该水凝胶由透明质酸接枝多巴胺与成纤维细胞生长因子2模拟肽修饰的RADA16-I交联形成。

这种可注射型水凝胶兼具优异的凝胶性能与多重功能,尤其能促进SVF增殖及软骨向分化。该水凝胶可激活叉头框M1(FOXM1)介导的表观遗传重编程,增强DNA修复能力,并提高多能性基因位点的染色质可及性。在大鼠OA模型中,水凝胶与SVF联合移植显著促进了关节软骨再生,并改善了OA相关症状。

本研究提供了初步证据,表明生物材料介导的表观遗传重编程策略可改善OA的恢复情况,凸显了新型水凝胶在基于干细胞的再生医学领域中的治疗潜力。

骨关节炎(OA)是一种退行性关节疾病,病理特征表现为软骨降解、软骨下骨重塑及滑膜炎症。实现功能性软骨再生是OA治疗的核心目标。然而,软骨自身无血管、细胞含量稀少,且缺乏内源性干细胞募集机制,天然再生能力十分有限。

因此研究方向逐渐转向基于间充质干细胞(MSC)的治疗手段,该疗法可协同发挥干细胞分化能力、免疫调节作用以及细胞外基质(ECM)再生潜能,从而促进软骨修复。

基质血管组分(SVF)富含临床可用的脂肪源间充质干细胞(ADSCs),在OA、骨缺损及软组织再生领域均展现出良好治疗潜力。SVF的治疗优势主要来源于其低免疫原性、强劲的再生能力以及抗炎特性。

尽管临床前研究已证实SVF疗法在灵长类动物(尤其是人类)中的治疗效果,但近期研究表明,SVF暴露于关节内恶劣的炎症微环境后,干细胞数量减少、再生潜能受损。

生物活性支架的发展为干细胞增效治疗提供了广阔前景。目前新兴策略是利用细胞信号调控材料模拟天然ECM的纤维结构。功能性纳米结构与粘弹性材料能够调控干细胞多种生物学行为。自组装肽(SAP)RADA16-I(序列:Ac-(RADA)₄-CONH₂)由精氨酸(R)、丙氨酸(A)、天冬氨酸(D)、丙氨酸(A)四组重复单元构成。

其交替排布的离子亲水结构与疏水结构,可在生理环境及盐溶液中自发形成纳米纤维三维宏观水凝胶,无需外加交联剂,可避免有毒及难降解化学试剂的使用。RADA16-I生物相容性优异、可自主降解且易于功能化修饰,是组织工程领域多功能水凝胶构建的理想基底材料。

其N 端可通过化学或基因方式偶联芳香肽,C端可连接RGD、IKVAV等生物活性基序。在RADA16-I两端修饰特异性生物活性肽序列,既能保留其自组装特性,又能赋予肽段固有功能。基于以上优势,该肽可通过共混、互穿聚合物网络与其他仿生水凝胶复合,提升材料力学性能与生物活性。

其中,富芳香结构的透明质酸接枝多巴胺(HADA)可与功能化自组装肽(F-SAP)RADA16-I形成可逆非共价相互作用。此外,HADA水凝胶通过邻苯二酚氧化为醌基实现共价交联,无需异源交联剂。醌基与邻苯二酚之间的动态键赋予材料自修复性能,同时邻苯二酚基团的多功能性便于水凝胶的定制化设计。综上,多功能HADA水凝胶可为F-SAP联合应用提供结构支撑,是极具临床转化潜力的医用植入材料。

HADA@HRY水凝胶示意图及其通过增强SVF干性治疗骨关节炎(OA)的作用机制(摘自Advanced Science

本研究构建了具有双交联机制的仿生HADA@HRY杂化水凝胶,由HADA与人工设计肽HRY共价交联制备。该水凝胶多组分结构可模拟ECM微环境,为SVF应用于OA治疗提供生物相容性良好、利于细胞生长的平台。本研究结果为OA治疗提供了极具潜力的治疗新模式。

原文链接:https://doi.org/10.1002/advs.202517297


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