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椎间盘退变(IVDD)可由衰老、损伤和遗传因素引起。与IVDD相关的病理变化包括活性氧(ROS)的过度积累、细胞焦亡和细胞外基质(ECM)降解。尽管目前临床上有很多新技术用来治疗和缓解IVDD带来的症状，但是这些方法都是治标不治本。近日，来自中南大学的邓幼文教授团队基于当前IVDD的治疗困境，创新性的开发了一款多功能微环境响应型的金属酚网络释放平台（TMP@Alg-PBA/PVA），该平台具有ROS清除、抗焦亡和促ECM再生的作用，可抑制髓核细胞焦亡的同时改善了局部微环境，从而达到了标本兼治的目的（方案1）。
相关论文“Microenvironment-responsive metal-phenolic network release platform with ROS scavenging, anti-pyroptosis, and ECM regeneration for intervertebral disc degeneration”于2024年3月15日在线发表于杂志《Bioactive Materials》上（DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.02.036）。
方案1:多功能微环境响应型的金属酚网络释放平台制备方法、椎间盘注射及治疗效果示意图
图1:临床退行性髓核组织标本的病理改变。
图2:TMP纳米颗粒的合成与表征。
图3:TMP纳米颗粒ROS清除活性。
图4:TMP@Alg-PBA/PVA水凝胶释放平台的表征。
图5:TMP纳米颗粒的细胞摄取、溶酶体逃逸和线粒体积累。
图6:TMP@Alg-PBA/PVA对焦亡的影响。
图7:转录组分析及机制验证。
图8:炎症环境中TMP@Alg-PBA/PVA对ECM的影响。
图9:动物实验的影像学评价。
图10:IVDD大鼠尾部的组织学和免疫组织化学分析。
图11:TMP纳米颗粒治疗大鼠IVDD的分子机制。
在这项研究中，该团队创新性的将锰离子、单宁酸和聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinyl pyrrolidone, PVP）自组装形成纳米颗粒（TMP纳米颗粒），并与Alg-PBA水凝胶混合，从而形成一个微环境响应的多功能金属-酚网络释放平台(TMP@Alg-PBA/PVA)。体外研究表明，该平台在ROS环境下，硼酸盐键响应性断裂，水凝胶的网络结构崩解并释放出TMP纳米颗粒，释放的纳米颗粒可靶向线粒体，高效清除ROS，减少细胞焦亡，阻碍ECM降解。体内实验证实了该平台具有良好的生物相容性，防止细胞焦亡，并增加髓核组织中的含水量，进而抑制IVDD的进展。同时该团队还进一步探索了相关机制，通过转录组学，明确了IL-17/ERK信号通路为该平台发挥抗焦亡作用的关键分子通路，这一发现为后续焦亡的治疗提供新的潜在靶点。总体而言，该团队开发的TMP@Alg-PBA/PVA平台具有良好生物相容性，在治疗椎间盘退变的同时延缓其进程，为临床治疗IVDD提供了一种新思路。
中南大学湘雅三医院为第一及通讯作者单位，邓幼文教授、帅词俊教授和谭伟博士为共同通讯作者，周豪硕士研究生和何劲鹏博士研究生为该论文共同一作，该研究受到湖南省科技厅重点研发项目和长沙市自然科学基金等项目的资助。
原文链接：
https://www.semanticscholar.org/paper/Microenvironment-responsive-metal-phenolic-network-Zhou-He/8b494c739746ec374f1fcb323451149bf479a264
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