您所在的位置:
基于光热Mn3O4纳米颗粒水凝胶的ROS清除与ECM代谢调控在椎间盘退变干预中的作用
作者: 陈扬扬
单位: 郑州大学第一附属医院

摘要

目的:纤维环损伤引起的ROS积聚和细胞外基质(ECM)代谢失衡是椎间盘退变(IVDD)的主要驱动因素。当前临床治疗多针对症状缓解,难以修复受损的纤维环组织并纠正微环境氧化炎症亢奋。为此,本研究开发一种新型可注射光热水凝胶,旨在通过清除ROS和调控ECM代谢来促进纤维环修复,从根本上延缓IVDD进程。

方法:构建了可注射的光热Mn3O4@ChS-HA水凝胶体系。该水凝胶由多巴胺接枝氧化硫酸软骨素(dop-OChS)和己二酸二肼改性透明质酸(ADH-HA)通过Schiff碱缩合形成动态共价交联网络,同时负载具有纳米酶活性的Mn3O4纳米颗粒(Mn3O4 NPs)。双动态共价交联赋予水凝胶快速凝胶化能力,并模拟椎间盘内生理ECM环境,表现出良好的机械强度和组织黏附性。Mn3O4 NPs具有类似超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)的多酶催化活性,可高效清除ROS。此外,在1064 nm近红外激光照射下,水凝胶产生温和的光热效应(MPTT),为组织修复提供热刺激。体外实验评估了该体系对纤维环细胞的抗氧化、抗炎、抗凋亡及自噬促进作用;体内则采用大鼠纤维环损伤模型,观察水凝胶体系对椎间盘高度维持和ECM结构修复的效果。

结果:体外和体内研究结果表明,Mn3O4@ChS-HA水凝胶显著清除ROS,减轻氧化应激,同时抑制细胞凋亡、衰老并促进细胞自噬以改善组织修复环境。此外,水凝胶通过调控细胞内信号通路降低炎症因子表达,显著减少炎性反应。在大鼠模型中,该系统有效恢复了纤维环缺损处的椎间盘高度并维持了基质完整性。温和光热治疗(MPTT)进一步增强了上述生物学效应,通过热刺激抑制局部炎症、促进ECM重建,加速组织再生,显著延缓了IVDD进程。

结论:本研究所构建的Mn3O4@ChS-HA光热-纳米酶-水凝胶体系在结构设计和功能集成上具有显著创新性:一方面,纳米花状Mn3O4 NPs提供了类SOD/CAT/GPx多酶活性,可主动清除ROS并调控基质代谢;另一方面,动态共价交联的ChS-HA水凝胶模拟椎间盘天然基质环境,实现快速注射成型和组织黏附。同时,采用1064 nm近红外光激发的温和光热效应进一步提高了修复效率。综上,该多功能光热纳米酶水凝胶通过综合调节氧化还原稳态和促进纤维环修复,展现出良好的治疗潜力,为IVDD的治疗提供了新策略。

关键词: 纤维环,活性氧,可注射水凝胶,椎间盘退变,四氧化三猛纳米粒子
来源:中华医学会第二十四届骨科学术会议暨第十七届COA学术大会