脊髓损伤治疗新突破！西安红会医院团队研发智能核壳微球：先抗炎后再生，功能恢复率提升2.8倍-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

近期，西安交通大学附属红会医院郝定均教授、黄大耿副主任医师、朱雷副主任医师等人开发了一种核壳结构的水凝胶微球（PC-GEN），用于脊髓损伤（SCI）治疗。该微球通过序贯释放氧化铈纳米颗粒（CONPs）和脊髓白质细胞外基质（swm-ECM），在缓解早期炎症的同时促进神经再生，显著改善了SCI大鼠的功能恢复。相关研究以“Core-shell hydrogel microspheres with sequential delivery of cerium oxide nanoparticles and spinal white matter extracellular matrix for improved functional recovery in spinal cord injury”为题目，发表在期刊《Chemical Engineering Journal》上。

本文要点：

1、本研究开发了一种基于液滴微流控技术的核壳结构水凝胶微球（PC-GEN），用于脊髓损伤（SCI）的分阶段治疗。

2、微球外壳由聚乙二醇（PEG）包裹抗氧化抗炎的氧化铈纳米颗粒（CONPs），内核为负载脊髓白质细胞外基质（swm-ECM）与神经生长因子（NGF）的甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶。

3、体外实验显示，PC-GEN在损伤初期（7天内）释放CONPs，有效清除活性氧（ROS），抑制炎症细胞浸润并促进巨噬细胞/小胶质细胞向M2表型极化；后续8周持续释放swm-ECM与NGF，通过调控细胞外基质沉积、减少胶质瘢痕形成，为轴突再生提供支持性微环境。

4、体内实验表明，PC-GEN显著降低脊髓损伤大鼠的神经元凋亡，促进轴突延伸、髓鞘再生及突触形成，并重建功能性神经环路。

5、行为学与电生理评估证实，PC-GEN治疗组大鼠运动功能明显恢复，后肢肌萎缩减轻。

6、RNA测序进一步揭示其通过上调促再生ECM基因、抑制炎症通路实现神经修复。该时序递送策略为脊髓损伤治疗提供了多阶段协同干预的新思路。

核壳结构水凝胶微球（PC-GEN）在脊髓损伤治疗中的优势和创新点如下：

1、精准时序控制：核壳分阶段降解匹配SCI病理进程（先抗炎后再生）。

2、生物相容性：微球低溶胀率（24小时溶胀比<18%）减少组织压迫损伤。

3、高活性保留：微流控温和交联保护CONPs抗氧化活性及NGF生物功能。

4、多靶点协同修复：通过调控细胞外基质沉积、减少胶质瘢痕形成，为轴突再生提供支持性微环境。

5、临床转化潜力：RNA测序证实其通过上调ECM相关基因（Fn1、Lama2）及神经营养因子（Ngf），下调炎症通路（NLRP3炎性小体），为复杂病理过程的系统干预提供新策略。

总之，该研究通过微流控技术实现复杂结构微球的可控合成，为脊髓损伤的序贯治疗提供了高效载体平台。

核壳结构水凝胶微球（PC-GEN）的制备主要基于液滴微流控技术，具体步骤如下：

1、材料准备

核心溶液：
10 wt% GelMA水凝胶，含5 mg/mL脊髓白质细胞外基质（swm-ECM）、5 mg/mL神经生长因子（NGF）及5%光引发剂（LAP）。

壳层溶液：
4 wt% PEG-4MAL水凝胶，负载1.5 mg/mL氧化铈纳米颗粒（CONPs）。

连续相流体：
矿物油（含25 mg/mL二硫苏糖醇（DTT）及2% Span-80表面活性剂）。

2、微流控芯片设计

三通道结构：

核心流通道：注入GelMA核心溶液。

壳层流通道：注入PEG-4MAL壳层溶液。

连续相通道：注入矿物油与交联剂（DTT）。

液滴生成单元：
通过Y型与T型结构结合，利用剪切力形成“油包水包水”（W/W/O）核壳液滴模板。

3、核壳微球生成

流体控制：

核心流速：2 μL/min（高粘度GelMA）。

壳层流速：10–20 μL/min（PEG-4MAL包裹核心）。

连续相流速：100–400 μL/min（矿物油剪切形成液滴）。
*流速调节可精确控制微球尺寸（平均直径143.8±7.6 μm）及壳层厚度。

紫外光固化核心：
液滴通过蛇形通道时，紫外光（波长365 nm）引发GelMA光聚合，形成稳定核心。

壳层交联：
壳层PEG-4MAL与连续相中的DTT通过迈克尔加成反应（Maletimide与硫醇基团）快速化学交联，形成致密外壳。

4、后处理与纯化

洗涤：
微球经PBS清洗3次，离心（1000 rpm，4℃，4分钟）去除矿物油残留。

保存：
纯化后的PC-GEN微球储存于无菌PBS中，备用。

5、关键参数与优化

尺寸均一性：
通过调节流速与溶液黏度，微球尺寸变异系数（CV）低至5.31%，确保批次稳定性。

载药效率：
CONPs封装率59.4%，NGF封装率84.1%，ECM浓度约3.5 μg/μL。

降解匹配性：
微球分两阶段降解：7天内壳层快速释放CONPs，56天内核心持续释放swm-ECM与NGF。

6、表征与验证

尺寸测量：

使用光学显微镜和ImageJ软件测量微球的尺寸，确保其均匀性和一致性。

结构观察：
荧光显微镜（FITC标记壳层）确认核壳分层结构。

成分分析：
FTIR光谱验证GelMA（3284 cm^-1酰胺A带）与PEG-4MAL（1105 cm^-1醚键）特征峰。

释放动力学：
ICP-MS（CONPs）与ELISA（NGF）检测时序释放曲线，确认无突释现象。

Scheme 1：核壳微球PC-GEN在T10脊髓损伤中的生物机制示意图。在急性炎症阶段，壳层释放的CONPs通过清除活性氧（ROS），减少炎症反应，并促进巨噬细胞/小胶质细胞向抗炎的M2表型极化，从而降低神经元凋亡。在慢性再生阶段，核心释放的swm-ECM调节胶质瘢痕周围的ECM沉积，促进轴突粘附和髓鞘再生。NGF激活神经元的内在生长能力，并与swm-ECM协同作用以增强轴突再生。