导读：
椎间盘退变（IVDD）是全球高发疾病，其治疗面临组织与功能双重修复的挑战。近期，苏州大学骨科研究所杨惠林教授、施勤教授、徐勇教授等人开发了一种基于“种子与土壤”策略的双功能抗氧化水凝胶微球，通过外源性补充髓核细胞和仿生细胞外基质，结合多酚抗氧化成分，成功逆转椎间盘退变的病理进程。相关研究以“Seeds-and-Soil Inspired Hydrogel Microspheres: A Dual-Action Antioxidant and Cellular Therapy for Reversing Intervertebral Disc Degeneration”为题目，发表在期刊《Biomaterials》上。
本文要点：
1、本研究受“种子与土壤”策略启发，开发了一种负载髓核细胞（NPCs）的TBA@Gel&Chs水凝胶微球，用于逆转IVDD。
2、该微球系统通过补充外源性NPCs（“种子”）和ECM类似物（“土壤”），并引入合成多酚抗氧化成分TBA，从细胞内外双重作用以清除活性氧（ROS），阻断氧化应激-IVDD的恶性循环。
3、实验表明，微球不仅能高效清除H2O2、O2-、·OH等ROS，还能上调NPCs内抗氧化蛋白Sirt3和Sod2的表达，保护细胞活力及生理功能。
4、大鼠模型显示，微球治疗显著恢复了退变椎间盘的组织结构、ECM稳态及力学性能。
5、RNA测序进一步揭示其通过调控能量代谢、ECM重塑及抗氧化通路发挥保护作用。总之，该研究为结合抗氧化生物材料与细胞疗法治疗IVDD提供了新范式。
TBA@Gel&Chs水凝胶微球的制备步骤如下：
1、材料混合与溶液配制
水相：将甲基丙烯酸化明胶（GelMA）、甲基丙烯酸化硫酸软骨素（ChsMA）和2,3,4-三羟基苯甲醛（TBA）溶解于去离子水中，最终浓度分别为10%、5%和0.5%（质量分数），并加入0.25%的光引发剂LAP（苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂）。
油相：由肉豆蔻酸异丙酯和Span 80按5:1比例混合而成，用于包裹水相液滴。
2、微流控技术成型
采用同轴针头微流控装置，通过调节油相（300 μL/min）和水相（10 μL/min）的流速，利用剪切力将水相切割成均匀液滴。
液滴在流动过程中被油相包裹，形成球形微球前体。
3、紫外光交联固化
液滴经365 nm紫外光照射，引发GelMA和ChsMA的甲基丙烯酸基团共价交联，同时TBA的醛基与明胶氨基形成动态席夫碱键，进一步增强微球机械性能和组织黏附性。
4、后处理与冻干
微球经无水乙醇和去离子水洗涤去除残留油相，随后冻干（-80°C）形成多孔结构。
冻干后微球孔径为5-25 μm，表面均匀分布Gel、Chs和TBA成分，通过SEM和FTIR验证形貌及化学键合。
这一制备流程兼顾高效性与可重复性，为后续抗氧化与细胞治疗功能奠定了基础。
TBA@Gel&Chs微球有哪些创新之处？
1、双重抗氧化设计：结合TBA的稳定抗氧化能力与Chs的天然抗炎特性，实现细胞内外ROS同步清除。
2、仿生材料构建：通过席夫碱键和氢键动态交联，赋予微球优异的组织黏附性和机械稳定性，适应椎间盘高压环境。
3、环境响应性：在退变椎间盘的酸性微环境中，微球降解加速并释放活性成分，增强抗氧化效能。
4、整合治疗策略：首次将“种子与土壤”理念应用于IVDD治疗，通过外源补充NPCs与ECM类似物，构建细胞-基质互促修复系统。
5、简化制备工艺：微流控技术制备的微球尺寸均一可控，相比复杂纳米支架更易规模化应用。
图1.水凝胶微球及其椎间盘退变（IVDD）治疗机制示意图。
图2.水凝胶微球的表征。
图3.水凝胶微球的抗氧化能力评估。
图4.水凝胶微球的细胞内活性氧（ROS）清除效果。
图5.用水凝胶微球处理的髓核细胞（NPCs）的细胞内分子机制。
图6.髓核细胞与水凝胶微球的体外生物相容性。
图7.水凝胶微球在针刺诱导的大鼠椎间盘退变（IVDD）模型中促进髓核（NP）修复的体内疗效（治疗8周后）。
图8.水凝胶微球在髓核摘除术诱导的大鼠椎间盘退变（IVDD）模型中促进髓核（NP）修复的体内疗效（治疗8周后）。
图9.用于评估逆转IVDD治疗效果的免疫荧光染色。
图10.椎间盘特性的生物力学评价。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2025.123326
