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  受損的軟骨微環(huán)境通常會導(dǎo)致植入的干細(xì)胞存活率低和分化異常，從而形成機(jī)械性能較弱的纖維軟骨。合適且安全的仿生材料可為軟骨修復(fù)提供機(jī)械性能的同時(shí)，促進(jìn)軟骨再生效果。然而，基于治療肽的仿生水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度調(diào)控仍相對缺乏探索，而以負(fù)反饋方式進(jìn)一步應(yīng)用肽基仿生水凝膠進(jìn)行缺損軟骨修復(fù)至今也鮮有報(bào)道。近期，南華大學(xué)藥學(xué)院魏華/喻翠云教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種雙交聯(lián)肽基水凝膠以反饋調(diào)節(jié)方式促進(jìn)軟骨再生的研究。多種分子作用力（包括主客體相互作用和大量氫鍵）的整合賦予了水凝膠優(yōu)異的自愈性和機(jī)械強(qiáng)度，使其具有高度協(xié)同的潤滑性能和抗壓性能。更重要的是，獨(dú)特的整合肽VPM-pmTGF-β1可以實(shí)現(xiàn)pmTGF-β1的按需釋放，這種釋放是由MMP-3響應(yīng)性裂解VPM序列觸發(fā)的。將VPM-pmTGF-β1負(fù)載水凝膠系統(tǒng)植入SD大鼠模型的軟骨缺損部位后，MMP-3觸發(fā)的pmTGF-β1按需釋放以負(fù)反饋方式抑制了IκBα/NF-κB信號通路誘導(dǎo)的軟骨炎癥反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)了BMSCs的定向軟骨分化，實(shí)現(xiàn)了高效的軟骨再生。

  軟骨損傷后，M1巨噬細(xì)胞會釋放大量炎癥因子，如TGF-α、IL-1β和IL-6，從而破壞軟骨細(xì)胞的代謝平衡，引發(fā)炎癥反應(yīng)。這些炎癥因子與軟骨細(xì)胞膜上的特定受體結(jié)合，激活IκBα/NF-κB信號通路，導(dǎo)致軟骨細(xì)胞釋放大量誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、環(huán)氧化酶-2（COX-2）和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）。在釋放的MMPs中，MMP-3在早期損傷軟骨中高表達(dá)，通過直接分解軟骨細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）成分和激活其他幾種促MMPs，在軟骨降解中發(fā)揮關(guān)鍵作用。因此，抑制早期巨噬細(xì)胞釋放的炎癥因子可能是防止受損軟骨基質(zhì)降解、減輕患者疼痛的有效策略。盡管干細(xì)胞療法通過軟骨分化和旁分泌機(jī)制顯示出軟骨再生的巨大潛力，但軟骨損傷微環(huán)境中普遍存在的炎癥和氧化應(yīng)激導(dǎo)致植入的干細(xì)胞存活率低或異常分化為機(jī)械性能極弱的纖維軟骨。因此，對受損的關(guān)節(jié)微環(huán)境進(jìn)行多維調(diào)節(jié)以促進(jìn)干細(xì)胞存活和增殖以及定向軟骨分化以促進(jìn)軟骨再生至關(guān)重要。

 圖3. 功能性多肽水凝膠促進(jìn)軟骨再生。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145228

  下載：A negative feedback bionic hydrogel reverses damaged cartilage microenvironment and induces BMSCs targeted differentiation for cartilage regeneration