慢性腰痛不仅是体感上的折磨，更是全球公共卫生体系的一大沉重负担。其背后的核心诱因通常直指椎间盘退行性变（IVDD）。根据流行病学调研，30岁以上人群中，IVDD的患病率竟高达 30%至80%。随着老龄化社会的到来，这个“隐形杀手”正悄无声息地侵蚀着数亿人的生活质量。

近日，华中科技大学同济医学院附属同济医院研究团队开发了一种利用微流控技术制备的创新抗氧化水凝胶微球（EVs@BPMS），巧妙地将具有强效抗氧化能力的黑磷纳米片与具备修复潜力的胞外囊泡协同整合。研究证实，该系统能通过抑制IL-17信号通路与铁死亡轴，有效清除活性氧并逆转髓核细胞衰老，从而在体内外实验中显著缓解了椎间盘退变并恢复了基质稳态。相关研究以”ROS-scavenging microspheres loaded with extracellular vesicles for intervertebral disc degeneration therapy“为题目，发表在期刊《Journal of Nanobiotechnology》上。

本文要点：

1. 研究背景与核心挑战

• 椎间盘退变（IVDD）是引起腰痛的主要原因，其病理生理过程复杂，其中氧化应激和炎症被认为是驱动退变的关键机制。

• 过量的活性氧（ROS）会导致髓核（NP）细胞凋亡、线粒体功能障碍及细胞外基质（ECM）降解。

• 现有的治疗方法效果有限，且间充质干细胞（MSCs）衍生的胞外囊泡（EVs）在应用中面临递送效率低和微环境恶劣等挑战。

2. 治疗系统的设计（EVs@BPMS）

• 组成结构：研究者利用微流控技术开发了一种抗氧化水凝胶微球（EVs@BPMS），该系统由加载了黑磷（BP）纳米片和间充质干细胞来源的胞外囊泡（EVs）的甲基丙烯酰化明胶（GelMA）组成。

• 功能分工：

• 黑磷（BP）纳米片：具有极强的ROS清除能力，通过物理整合赋予微球显著的抗氧化性能。

• 胞外囊泡（EVs）：作为无细胞再生策略，具有低免疫原性和组织修复潜力。

• 缓释特性：该系统表现出双相释放模式（初期快速释放及后续15天的持续缓慢释放），确保了长期疗效。

3. 体外实验的主要发现

• 清除ROS与抗衰老：EVs@BPMS能显著降低NP细胞内的ROS水平，减轻氧化损伤，并抑制细胞衰老（通过SA-β-gal染色验证）。

• 恢复稳态：该系统能有效抑制MMP13等降解酶的表达，同时提高II型胶原（Collagen II）和聚集蛋白聚糖（Aggrecan）的水平，从而恢复细胞外基质（ECM）的稳态。

• 线粒体保护：微球能够恢复受损的线粒体网络，维持线粒体膜电位，防止细胞凋亡。

4. 作用机制：IL-17-铁死亡轴

• 转录组学分析：研究通过RNA-seq发现，EVs@BPMS主要通过调控IL-17信号通路和铁死亡（Ferroptosis）来改善椎间盘的氧化微环境。

• 具体路径：EVs@BPMS能下调促炎因子（如TNF-α, IL-17, IL-6）并上调GPX4（铁死亡关键调节蛋白）的表达，从而抑制脂质过氧化和细胞内铁蓄积。

5. 体内实验与生物安全

• 治疗效果：在大鼠IVDD模型中，注射EVs@BPMS显著减缓了椎间盘高度的降低，恢复了MRI信号强度，并保护了椎间盘的组织结构。

• 安全性：主要器官（心、肝、脾、肺、肾）未见病理改变，证实了该材料良好的生物安全性。

6. 结论

研究表明，EVs@BPMS水凝胶微球能够协同清除ROS并持续释放EVs，通过抑制IL-17-铁死亡轴有效地缓解了椎间盘退变，为退行性椎间盘疾病的临床治疗提供了新的靶点和策略。

图1. 黑磷（BP）纳米片的表征。(A) BP 纳米片的代表性透射电子显微镜（TEM）图像和 (B) 扫描电子显微镜（SEM）图像。 (C) 显示 BP 纳米片粒径分布的动态光散射（DLS）分析。 (D) BP 纳米片的代表性原子力显微镜（AFM）图像。 (E) BP 纳米片的拉曼光谱。 (F) BP 纳米片的能量色散 X 射线光谱（EDX）元素映射图。

图2. 清除 ROS 的水凝胶微球的制备与表征。(A) 通过微流控技术制备共同负载 BP 和 EVs（胞外囊泡）的 GelMA 水凝胶微球。 (B) EVs 的 TEM 图像。 (C) EVs@BPMS 的 SEM 图像。 (D) 使用 ABTS•+ 和 DPPH 实验评估的活性氧（ROS）清除效率。 (E) EVs 从 EVs@BPMS 中的释放曲线。 (F) EVs@BPMS 释放 DiI 标记 EVs 的髓核（NP）细胞摄取代表性图像。 (G) MS（微球）、BPMS（负载黑磷微球）和 EVs@BPMS 在第 1、2、3 天的活/死细胞染色，比例尺 = 100 μm。 (H) MS、BPMS 和 EVs@BPMS 在第 1、2、3 天的 CCK-8 实验结果。 数据以平均值 ± 标准差（SD）表示，n = 3。 ∗p < 0.05；∗∗p < 0.01；∗∗∗p < 0.001。 ns 表示无显著差异。

图3. EVs@BPMS 缓解氧化应激诱导的 NP 细胞外基质（ECM）退变和炎症。(A) 代表性蛋白质印迹（Western blot）和 (B) Aggrecan、Collagen II、MMP13、MMP3、iNOS 及 COX-2 的定量分析。 (C) 通过 RT-qPCR 分析 Aggrecan、Collagen II、MMP13 和 COX-2 的 mRNA 表达水平。 (D-E) 通过免疫荧光检测 Collagen II 和 Aggrecan 的表达，比例尺 = 200 μm。 数据以平均值 ± 标准差表示，n = 3。 与 H2O2 组相比，∗p < 0.05；∗∗p < 0.01；∗∗∗p < 0.001；与 EVs@BPMS 组相比，#p < 0.05；##p < 0.01；###p < 0.001；ns 表示无显著差异。

图4. EVs@BPMS 抑制氧化应激诱导的线粒体功能障碍和细胞衰老。(A) ROS 染色的代表性图像和 (B) 定量分析。 (C) Mitosox 染色的代表性图像和 (D) 定量分析。 (E) JC-1 染色的代表性图像和 (F) 定量分析。 (G) SA-β-gal 染色的代表性图像和 (H) 定量分析。 数据以平均值 ± 标准差表示，n = 3。 与 H2O2 组相比，∗p < 0.05；∗∗p < 0.01；∗∗∗p < 0.001；与 EVs@BPMS 组相比，#p < 0.05；##p < 0.01；###p < 0.001；ns 表示无显著差异。