北京大学第三医院江东团队与合作者在《生物活性材料》发表成果，按需精准释药实现高效软骨再生
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近日，北京大学第三医院运动医学科江东教授团队与中国科学院理化所王健君研究员、范庆瑞副研究员团队在《生物活性材料》（Bioactive Materials）（IF：20.3）上发表了题为《精确调控物理交联载体实现生物活性因子的协同释放促进间充质干细胞介导的软骨再生》（“Precisely regulated physically-crosslinked carriers enable synergetic release of bioactive factors for MSC-mediated cartilage regeneration”）的研究成果。
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软骨缺损是常见临床难题，软骨因无血管、细胞密度低，自我修复能力有限。基于内源性间充质干细胞（MSCs）的软骨再生策略面临两大挑战：一是MSCs需要在局部达到足够的密度以启动软骨生成程序；二是MSCs的分化高度依赖局部微环境，其募集需与组织修复的周期相协调。因此，亟需一种能与软骨自然再生规律同步、实现生物活性分子精确递送的策略。
本研究开发了一种通过冷冻组装策略构建的物理交联丝素蛋白平台，通过对β-折叠含量的按需调控，能在不使用化学交联剂的条件下实现药物从1天至35天的精确释放调节，并支持亲水性间充质干细胞亲和肽（MAP）和疏水性成软骨诱导剂（KGN）的共递送。
在大鼠软骨缺损模型中发现，持续21天的MAP释放可以实现最高效的损伤局部MSC募集。通过与KGN的持续释放同步，该系统实现了时间上协调的高密度MSCs募集和原位软骨形成，高效地促进了透明软骨再生。机制研究表明，这一过程与上调Cdh2基因并激活p38 MAPK通路密切相关。本研究为精准组织修复提供了一个生物性能可控、相容性优异的生物材料平台。
研究内容示意图：（a）冷冻组装策略精确调控载体结构，实现了精准药物递送系统的构建；（b）在体内探究了与软骨自然再生规律同步的精准递药，促进软骨的高效再生
本研究围绕精确释药载体制备-体内释药模式探究-再生效果探究与机制验证的逻辑紧密开展：
可控载体制备
在冰重结晶过程中，被冰晶域夹在中间的SF聚合物因冰晶生长而受到压缩，引发从无规卷曲结构到β-折叠二级结构的构象转变。
这种结构转变的程度可以通过调节冰重结晶的动力学来控制。随着β-折叠含量从5%增加到50%时，材料的亲疏水性、降解性等物理性质发生了显著的改变，从而实现了药物的受控释放。
体内最适药物释放动力学探究
研究利用大鼠软骨缺损模型，对不同释放速率（1天至28天）的干细胞募集药物以水凝胶方式植入，并在术后不同时间点分别取出，分别检测局部募集的MSCs的密度，明确了21天持续释放的MAP可以在体内达到最佳的干细胞募集效果，并结合促软骨分化药物，在长期的动物实验观察中实现了高效的透明软骨再生。
相关机制探究
研究团队发现，利用此种方式所实现的高效软骨再生与MSC细胞间接触的高效形成密切相关，其Cdh2基因显著上调表达，并通过促进p38 MAPK通路，促进MSC成软骨细胞分化，促进软骨基质的合成，最终实现软骨再生。
本研究利用冷冻组装策略，成功制备了一种高度可控的药物释放策略，在体内首次揭示了MSC募集策略与损伤部位实际细胞数量之间的关系，并进一步构建了一种优化的协同招募和促分化的生物材料，为软骨再生中的细胞归巢疗法提供了新的思路。
北京大学第三医院运动医学科博士生窦赟博士生、张方雪，硕士生姜芷若为共同第一作者。江东、范庆瑞、王健君为共同通讯作者。该研究获国家自然科学基金、北京市自然科学基金等项目资助。
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