蚌医一附院骨科脊柱外课题组在《Chemical Engineering Journal》发表研究论文

    2022年10月12日，蚌医一附院骨科脊柱外课题组在国际权威学术期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院1区 /IF 16.744）上在线发表了题为“Bioactive hydrogel encapsulated dual-gene engineered nucleus pulposus stem cells towards intervertebral disc tissue repair”的研究论文。该研究由张长春教授指导完成，骨科叶雨辰和许盼盼为论文共同第一作者；此外，中国科学院兰州化学物理研究所蒋盼助理研究员在水凝胶的制备与表征中提供了指导和支持。

      椎间盘退变性疾病已成为临床上常见的脊柱疾病，主要表现为腰腿痛，严重影响人们的生活和工作。而椎间盘退变是一个不可逆的病理过程，这与其特殊的生理结构密切相关。椎间盘是一个由中间髓核、外周纤维环以及上下终板软骨包裹的一个圆盘样结构，髓核组织作为一种高度水合凝胶状结构，具有吸收震荡、消耗部分能量和抵抗低负荷等性能。而椎间盘退变由多种因素共同导致，其中与年龄有着极强的相关性。目前认为，随着年龄增长椎间盘细胞外基质的成分发生了显著的变化，其中以II型胶原蛋白（COL-II）和蛋白聚糖（AGG）为代表的亲水性物质含量降低，导致椎间盘组织含水量逐渐下降，组织结构纤维化、弹性丧失、脆性增加。在此基础上过度的机械负荷会加速椎体终板退变，营养物质交换障碍，进而导致细胞微环境中促炎细胞因子和相关分解代谢酶表达水平上调，加速椎间盘退变。

       在该研究中，课题组使用慢病毒作为基因载体将胰岛素样生长因子-1（IGF-1）及转化生长因子-β3（TGF-β3）双基因导入髓核间充质干细胞（NPMSCs）中，构建出双基因修饰的种子细胞，并验证了其过表达IGF-1和TGF-β3两种生长因子以及向髓核细胞分化的功能。同时，课题组制备了基于明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）和透明质酸甲基丙烯酸酯（HAMA）的双组分聚合物网络（BCN）水凝胶，通过其作为载体将基因工程化的NPMSCs输送到靶组织。该研究表明，基于慢病毒介导的IGF-1和TGF-β3双基因转染可促进NPMSCs在体外进行增殖和分化。此外，BCN双组分水凝胶可以为NPMSCs营造一个良好的外环境，使其在退行性椎间盘和细胞外基质分泌中可以长期保留和存活。BCN水凝胶在提供力学支撑的同时营造生物物理刺激，结合两种生长因子提供生物化学线索，可以激发NPMSCs的修复潜能，为椎间盘再生提供了一种更有效、更有前景的治疗策略。因此，该研究证明双组分水凝胶联合双基因修饰的NPMSCs在椎间盘再生中具有潜在的治疗价值。

      该研究依托一附院骨科和组织移植安徽省重点实验室为平台，并得到了安徽省自然科学基金、安徽省高等学校自然科学重点项目等项目的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139717