赵鼎同学等开发“细胞减震器”水凝胶微球延缓骨关节炎进程

近日，赵鼎同学等人在Research期刊发表了一篇题为“Cell Shock Absorption via Stress Relaxation Hydrogel Microspheres for Alleviating Endoplasmic Reticulum Stress in Chondrocytes”的研究论文。该研究提出“细胞减震器”策略，构建具有应力松弛特性的双动态交联水凝胶微球，首次将应力松弛设计引入OA微环境干预中，为构建“力学缓冲+药物递送”一体化生物材料提供了新思路。

图1：细胞减震微球的构建和作用原理

骨关节炎（osteoarthritis, OA）是一种高度致残的退行性疾病，全球发病率逐年升高，严重影响中老年人群的生活质量。软骨退化是OA发生发展的核心机制，而关节软骨所处的复杂力学微环境在疾病早期就已发生显著改变。已有研究显示，异常的机械刺激会诱发软骨细胞产生内质网应激与线粒体功能紊乱，从而引发细胞凋亡、基质降解等病理变化，是OA加速进展的重要诱因。目前针对OA的治疗手段多集中于症状缓解，尚缺乏能够有效调控软骨细胞力学微环境与内应激反应的策略。而传统水凝胶材料虽然被广泛用于组织修复，但其力学性能多偏向刚性与高模量，难以模拟软骨所特有的应力松弛特性，无法实现对“动态力传导-细胞应激”这一病理环节的精准干预。因此，亟需开发一种具备力学缓冲能力，同时可干预细胞内应激通路的多功能材料，为OA治疗提供新思路。

为解决上述难题，本研究提出“细胞减震器”策略，构建具有应力松弛特性的双动态交联水凝胶微球（Stress-relaxed HAMA@Lip）。该微球由醛基修饰透明质酸（HAMA-CHO）与肼基修饰透明质酸（HAMA-NH₂）通过亚胺键动态交联制备而成，通过微流控技术构筑尺寸均一、可注射的球形水凝胶结构。其内部进一步嵌入负载TUDCA的靶向脂质体（Lipo-WYRGRL@TUDCA），实现机械耗能与内质网应激缓解的双重功能。在应力松弛性能测试中，该微球展现出与天然软骨相近的松弛行为，有效吸收并耗散外力传导；在体外OA模型中显著下调ERS相关标志物（Grp78、CHOP等），保护线粒体功能，延缓软骨细胞衰亡。在大鼠OA模型中，微球可实现关节腔内注射后长期驻留，抑制软骨退变、减缓骨破坏，具有优异的体内治疗效果。本研究首次将应力松弛设计引入OA微环境干预中，为构建“力学缓冲+药物递送”一体化生物材料提供了新思路，也为骨关节炎等力学相关退行性疾病的治疗策略拓展了新方向。

期刊页码：Research. 2025, 8:0777.

原文链接：https://doi.org/10.34133/research.0777