Bioactive Materials
PPT水凝胶通过调控干细胞微环境治疗骨关节炎

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本研究开发了一种多功能水凝胶PPT，具有抗氧化和抗炎特性，能有效调控骨关节炎（OA）病理微环境，促进BMSCs存活及软骨再生。该水凝gels为干细胞治疗OA提供创新平台，具有广泛的应用前景。

 

文献概述
本文《Modular hydrogel niche orchestrates microenvironment detoxification and stem cell redirecting toward precision osteoarthritis therapy》，发表于《Bioactive Materials》杂志，回顾并总结了骨关节炎的病理机制、当前治疗挑战及一种新型多功能水凝胶（PPT）的开发。该水凝胶不仅具有清除ROS和抗炎能力，还能增强BMSCs存活、促进其向透明软骨分化，并通过FOXO1信号改善软骨细胞功能，从而实现持续性OA治疗。

背景知识
骨关节炎（OA）是一种以慢性关节炎症和软骨退化为特征的退行性疾病，常见于老年人、运动员及代谢紊乱人群。OA的临床特征包括关节疼痛、僵硬、肿胀、畸形及活动受限，其发病率随人口老龄化和肥胖率上升而增加。目前，OA治疗主要聚焦于缓解疼痛和炎症，缺乏有效促进软骨再生的手段。尽管间充质干细胞（MSCs）在OA治疗中展现一定疗效，但其存活率低、微环境抑制等问题限制了其长期疗效。因此，开发一种能同时改善关节微环境、提高MSC存活率并引导其向稳定软骨细胞分化的平台，成为OA再生医学的关键。PPT水凝胶结合了抗氧化和抗炎聚合物，能动态调控OA关节腔的病理微环境，为干细胞提供适宜生存与分化空间，代表了一种创新的OA治疗策略。

 

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研究方法与实验
研究团队基于Poloxamer 407（PX）开发了一种温度响应型水凝胶，并通过引入PBAP和Tempol（TP）获得抗氧化及抗炎功能，命名为PPT。该水凝胶在OA大鼠模型中进行测试，评估其对ROS清除、BMSC存活、软骨再生及关节病理改善的效果。进一步，PPT水凝胶与kartogenin（KGN）结合，以促进BMSCs向软骨细胞分化，并评估其在炎症微环境中的协同作用。

关键结论与观点

• PPT水凝胶在体外和体内实验中均能有效清除H2O2、•O2−和•OH自由基，减轻OA关节腔的氧化应激和炎症。
• BMSCs@PPT水凝胶在OA大鼠模型中显著改善关节组织结构，减少胶原I（COL1）表达，提高胶原II（COL2）表达，降低OARSI评分，表明软骨保护作用。
• KGN与PPT水凝胶联合使用可促进BMSCs向软骨细胞稳定分化，抑制纤维软骨和肥大软骨形成，改善OA病理。
• PPT水凝胶通过激活Hedgehog信号通路维持BMSCs干性，增强其存活和增殖能力，促进软骨修复。
• BMSCs@PPT+KGN组在体内实验中展现出最佳疗效，OARSI评分从5.6降至1.25，优于多次单独PPT注射。
• PPT水凝胶通过FOXO1依赖机制，增强BMSCs旁分泌信号，改善软骨细胞的氧化应激和自噬功能。

研究意义与展望
本研究提供了一种创新的多功能水凝胶平台，能够协同调节OA病理微环境和干细胞命运，为OA及其他炎症性退行性疾病提供精准再生医学策略。未来研究可探索该平台在临床OA患者中的疗效，并优化其生物相容性与递送方式，以实现更广泛应用。

 

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结语
PPT水凝胶通过整合抗氧化、抗炎及信号传导功能，为OA治疗提供了一种高效且持久的干细胞递送平台。该水凝胶不仅提升BMSCs存活率，还能引导其向稳定软骨细胞分化，抑制炎症和氧化应激，改善关节结构。研究结果表明，该策略在OA治疗中具有显著优势，为再生医学提供新思路。

 

Yang Huang, Yan Wang, Guoyu Yang, Cheng Chen, and Jianxiang Zhang. Modular hydrogel niche orchestrates microenvironment detoxification and stem cell redirecting toward precision osteoarthritis therapy. Bioactive Materials.