Nature Communications发表原位释氢支架重塑衰老骨微环境研究成果

近日，上海交通大学材料科学与工程学院氢科学中心丁文江院士团队的何前军教授与中科院深圳先进技术研究院唐为副研究员联合上海大学刘昌胜院士，提出了一种原位释氢重塑衰老骨微环境的新概念，安全、高效地治愈了老龄骨缺损。相关研究成果以“Local H2 release remodels senescence microenvironment for improved repair of injured bone”为题发表在Nature Communications。

该工作发现持续H2供应对来自24月龄小鼠（相当于70岁老年人）的骨组织内各种细胞具有广谱抗衰老效应。然后构建了一种负载硅化钙纳米粒的介孔生物活性玻璃支架（CSN@PHA-MBG），实现了骨缺损部位原位释氢约一周。通过氢分子对衰老微环境的重塑，CSN@PHA-MBG支架促进了骨髓间充质干细胞的招募，并原位剥夺其衰老表型，恢复其组织再生与修复能力。开发的CSN@PHA-MBG释氢支架具有较大的临床应用潜力，该工作提出的原位释氢重塑衰老微环境的策略为治疗老年慢性病提供了新思路。

上海交通大学材料科学与工程学院氢科学中心在读博士生陈胜强、华东理工大学俞远满博士和中科院深圳先进技术研究院谢松青为论文共同第一作者，上海交通大学材料科学与工程学院氢科学中心何前军教授、中科院深圳先进技术研究院唐为副研究员和上海大学刘昌胜院士为论文共同通讯作者，中科院深圳先进技术研究院为论文第一完成单位。

细胞衰老是引起老龄化和许多疾病的重要原因。衰老微环境可以阻止受损组织的自修复，导致老年人骨折和骨缺损难以愈合。常规的衰老细胞清除药物（senolytics）和衰老相关分泌表型（SASP）抑制剂（senomorphics）都缺乏抗衰选择性和广谱性，导致明显的副作用和有限的抗衰老效果。氢分子是一种安全、有效的广谱抗炎剂，对抗衰老具有潜在的应用价值。但对于老龄和损伤共同加重的细胞衰老，氢气的影响以前还未被探知。

合作团队首先发现氢气对来自24月龄小鼠（相当于70岁老年人）的骨组织内各种细胞具有广谱抗衰老效应（如下图1），涵盖微弱的直接清除衰老细胞效应（senolytics）和强烈的衰老表型重塑效应（senomorphics）。

Figure 1. In vitro anti-inflammation and anti-senescence behaviors of sustainable H2 treatment of various senescent cells from aging bone.

然后构建了一种担载硅化钙纳米粒的介孔生物活性玻璃支架（CSN@PHA-MBG），实现了骨缺损部位原位释氢约一周，通过氢分子再极化巨噬细胞的炎症表型、剥夺各种细胞的衰老表型和抑制SASP的分泌，有效重塑了骨缺损部位的衰老微环境。反之，衰老微环境的重塑促进了骨髓间充质干细胞的招募，并原位剥夺其衰老表型，恢复其组织再生与修复能力。因此，释氢支架极大地提升了老龄骨缺损的修复效果（如下图2）。

Figure 2. The outcomes of aging bone defect repair with the CSN@PHA-MBG scaffold.

开发的CSN@PHA-MBG释氢支架具有高的生物兼容性，降解产物主要是Ca2+、SiO32-和H2，具有低的毒性，在体内易于代谢，且有利于骨生长。基于其高的安全性和有效性，CSN@PHA-MBG释氢支架具有较大的临床应用潜力。该工作提出的原位释氢重塑衰老微环境的策略为治疗老年慢性病提供了新思路。

这项工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳基础研究计划项目、中国科学院青年创新促进会、博士后创新人才支持计划和上海交通大学氢科学中心等的资助。