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  伴有腰痛的椎間盤退變（IVDD）是全球公共衛(wèi)生面臨的挑戰(zhàn)之一。目前的臨床治療方法均旨在緩解疼痛癥狀，而在干預(yù)細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）代謝和炎癥級聯(lián)反應(yīng)方面的效果有限，因此無法完全阻止IVDD的進(jìn)展。

  近期，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系俞麟教授團(tuán)隊發(fā)展了一種可注射的熱療水凝膠治療平臺用于干預(yù)IVDD的進(jìn)展（圖1）。

  該治療平臺采用metoxy PEG-block-poly(L-alanine)(PEA)嵌段共聚物所形成的溫敏水凝膠來負(fù)載介孔聚多巴胺（mPDA）納米粒子，在微創(chuàng)注射后，可以精準(zhǔn)對椎間盤（IVD）部位進(jìn)行多次溫和的光熱療。引入的mPDA納米粒子發(fā)揮了雙重的治療益處——高效的光熱轉(zhuǎn)化和強(qiáng)有利的活性氧（ROS）清除效果，同時，水凝膠基質(zhì)能在IVD內(nèi)長期保留，從而在單次注射后實現(xiàn)了對病灶部位持續(xù)的熱療干預(yù)。該治療平臺不僅緩解了IVDD進(jìn)程中非特異性疼痛癥狀，還干預(yù)了IVDD的核心病理進(jìn)程，起到“治標(biāo)治本”的作用。

  該工作以“Polydopamine-Mediated Thermotherapy Hydrogel for Disc Degeneration Inhibition via Modulating Inflammation and Extracellular Matrix Metabolism”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者是復(fù)旦大學(xué)高分子系的陳志勇博士研究生。該研究得到國家自然科學(xué)基金和上海自然科學(xué)基金的支持。

圖1. 熱療水凝膠治療平臺干預(yù)IVDD進(jìn)展的示意圖。

  所合成的PEA聚合物在水中具有溫敏特性，其水溶液在升溫后能夠發(fā)生溶膠-凝膠的相轉(zhuǎn)變。負(fù)載mPDA納米粒子的熱療水凝膠能夠在15分鐘內(nèi)輕松完成制備，并且熱療水凝膠在凝膠狀態(tài)下也表現(xiàn)出良好的可注射性，而這歸功于體系剪切變稀的性能。在大鼠IVDD模型中，一次注射熱療水凝膠到IVD部位后，實施了多次精準(zhǔn)的溫和熱療。影像學(xué)評估和機(jī)械痛敏試驗結(jié)果顯示，熱療水凝膠的微創(chuàng)注射結(jié)合mPDA納米粒子介導(dǎo)的多次溫和熱療不僅抑制了IVDD的進(jìn)展，還緩解了IVD的非特異性疼痛癥狀（圖2）。

圖2. 熱療水凝膠治療平臺體內(nèi)干預(yù)IVDD進(jìn)展和緩解疼痛的效果。

  轉(zhuǎn)錄組結(jié)果分析顯示，mPDA納米粒子的引入加上其介導(dǎo)的多次溫和光熱療對于炎性環(huán)境下的髓核細(xì)胞（NPCs）發(fā)揮了雙重干預(yù)作用，不僅能通過上調(diào)熱休克蛋白（HSPs）來干預(yù)ECM的合成代謝，還能通過清除ROS來下調(diào)IL-17和TNF炎性信號通路，從而干預(yù)ECM的降解代謝（圖3）。

圖3. 熱療水凝膠治療平臺干預(yù)IVDD進(jìn)展的作用機(jī)制研究。

  進(jìn)一步地，對IVD樣本進(jìn)行了生物力學(xué)功能的評價。結(jié)果顯示，在Untreated組中，隨著退變的進(jìn)展，IVD最初良好的組織結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致軸向中性區(qū)擴(kuò)大，椎間盤的軸向活動范圍（ROM）增加（圖4）。相反，熱療水凝膠治療平臺干預(yù)后的IVD樣本的ROM和中性區(qū)長度均維持與Sham組別一致，并且顯著優(yōu)于Untreated組。

  總之，通過熱療水凝膠治療平臺的干預(yù)顯著減少了IVD高度的損失，減少了ECM降解，減輕了炎癥反應(yīng)，抑制了NPCs凋亡，緩解了非特異性疼痛，并保持了IVD的生物力學(xué)功能。該熱療水凝膠治療平臺為退行性肌肉骨骼疾病的管理提供了一種有前景的微創(chuàng)治療策略。

圖4. 熱療水凝膠治療平臺對于IVD生物力學(xué)功能的維持作用。

  該工作是團(tuán)隊近期基于PEG-聚氨基酸可注射溫敏水凝膠設(shè)計的又一生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的場景。可注射的PEG-聚氨基酸溫敏水凝膠具有良好的生物相容性和多樣的分子設(shè)計，受到了越來越多的關(guān)注。在過去的三年中，該團(tuán)隊對于PEG-聚氨基酸溫敏水凝膠進(jìn)行了系統(tǒng)的評估，包含了滅菌方法、儲存穩(wěn)定性及體內(nèi)降解性能的研究（Acta Biomater. 2025,205,346）。基于此，該類材料在顱骨修復(fù)（Adv. Funct. Mater. 2023,33,202211664）、抗腫瘤（Bioact. Mater. 2024,29,336）、血管栓塞（Bioact. Mater. 2025,53,141）等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。此外，該團(tuán)隊也發(fā)展了基于PEG-聚酯溫敏水凝膠的生物醫(yī)療應(yīng)用（Nat. Commun. 2026,17,866, Biomaterials 2023,298,122139, Adv. Funct. Mater. 2022,32,2206554）。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.75064