“打工人”的腰终于有救了！J Nanobiotechnol：双效复合微球同步抗氧化+组织修复开辟微创新疗法

久坐、低头办公、长期弯腰负重催生腰椎间盘退变成为全民高发慢性病，也是成年人慢性腰痛最核心致病根源。流行病学数据显示 30 岁以上人群椎间盘退变患病率可达 30%~80%，年龄越大发病概率越高，长期腰痛不仅限制日常行走、弯腰等基础活动，还会造成巨大家庭与医保经济负担。但目前临床治疗手段仅能止痛、缓解表面不适，缺少能够逆转髓核损伤、阻断退变持续进展的根治方案，微创再生材料、囊泡生物疗法也成为骨科、生物材料交叉领域全网热门研发赛道。

近期华中科技大学同济医学院团队在 Journal of Nanobiotechnology 发表重磅研究，设计出搭载黑磷纳米片与间充质干细胞胞外囊泡的可注射抗氧化水凝胶微球（EVs@BPMS），完整验证材料体外抗氧化、细胞保护能力，并在大鼠椎间盘退变动物模型中证实体内修复效果，为退变腰椎的微创长效干预提供全新材料方案。

这套复合微球采用双功能协同设计，将两类作用互补的功能组分整合进甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶载体，兼顾即时抗氧化与长效组织修复。其中二维黑磷（BP）纳米片凭借超大比表面积具备高效活性氧（ROS）清除能力，材料降解产物仅为人体天然磷酸根，无明显细胞毒性，完美解决传统抗氧化材料生物相容性差、代谢残留的短板；骨髓间充质干细胞来源胞外囊泡（EVs）富含多种蛋白、核酸活性信号，可靶向调控髓核细胞代谢、促进基质再生，规避干细胞移植存在免疫排斥、致瘤风险的缺陷。

在材料制备阶段，研究人员先通过差速超速离心分离纯化干细胞上清中的胞外囊泡，借助透射电镜、纳米追踪、标志物蛋白（CD63、TSG101、CD81）完成囊泡完整鉴定。同时采用液相剥离工艺制备横向平均尺寸 121.23 nm 的薄层黑磷纳米片，通过拉曼光谱、原子力显微镜等表征确认纳米片标准层状晶体结构。后续依托微流控精密制备技术，混合黑磷纳米片、胞外囊泡与光敏 GelMA 分散液，调控两相流速生成尺寸均一的液滴，经 405 nm 紫外光交联固化，得到平均粒径 111.46 μm 的复合微球，整套制备工艺可控性强、批次重复性稳定。

体外释放检测证实微球具备典型双相释放特征：前 5 天快速释放约 55% 囊泡，快速干预局部氧化炎症损伤，剩余囊泡在 15 天内平稳缓释，实现长期持续修复信号供给。

黑磷纳米片的表征

研究先开展体外细胞系列实验验证微球保护效果，采用过氧化氢（H₂O₂）处理大鼠髓核细胞模拟退变椎间盘高氧化应激微环境。自由基清除检测结果显示 EVs@BPMS 对 ABTS、DPPH、羟基自由基均具备强效中和能力，其中 BP 纳米片浓度 10 mg/mL 配方清除效率最优；DCFH-DA、Mitosox 荧光染色直观证明复合微球可大幅降低细胞内总活性氧与线粒体超氧化物水平，修复氧化损伤的线粒体网络，稳定线粒体膜电位，显著抑制髓核细胞衰老相关 β- 半乳糖苷阳性表达。

在基质保护层面，氧化刺激会大幅下调 Ⅱ 型胶原、聚集蛋白聚糖等髓核特征基质蛋白，同时上调 MMP3、MMP13 基质降解酶与 COX-2、iNOS 炎症介质，而 EVs@BPMS 处理可显著逆转该失衡状态，大幅提升基质合成、抑制炎症因子分泌；荧光标记实验也证明微球释放的囊泡能高效被髓核细胞摄取，直接作用于靶细胞发挥调控作用，CCK8、活死双染同步证实整套材料无细胞毒性，生物相容性优异。

为深挖分子调控底层通路，研究对氧化损伤、微球干预两组髓核细胞开展转录组测序，差异基因富集分析锁定IL-17-铁死亡核心调控轴，这也是近年退行性骨病的热点病理机制。

测序数据显示氧化应激会激活 IL-17 炎症通路，同时触发铁死亡进程：胞内铁离子蓄积、脂质过氧化物大量堆积、铁死亡关键抑酶 GPX4 表达下调，而 EVs@BPMS 可同时抑制 IL-17 通路活化、上调 GPX4 并降低 ACSL4 表达，减少胞内铁过载与脂质过氧化；额外添加重组 IL-17 蛋白可抵消微球的保护效果，反向证实微球依靠阻断 IL-17 介导的铁死亡通路缓解髓核细胞损伤。

后续大鼠体内动物实验进一步佐证体内治疗价值，研究采用尾椎穿刺法构建标准化椎间盘退变模型，分为空白假手术组、单纯退变模型组、空白水凝胶微球组、仅负载黑磷微球组、EVs@BPMS 复合微球组，造模后即刻椎间盘局部微量注射对应材料，持续饲养 8 周后统一检测。

Micro-CT 定量椎间盘高度、MRI T2 加权成像评估髓核水合信号、Pfirrmann 分级量化退变程度，三类影像学结果统一显示 EVs@BPMS 治疗组椎间盘高度、髓核含水信号恢复程度显著优于其余干预组。H&E、番红 O - 阿尔辛蓝组织染色可见复合微球处理后髓核结构完整、蛋白聚糖大量留存，组织病理评分明显降低。免疫组化结果同步验证 Ⅱ 型胶原、GPX4 表达回升，说明髓核基质损伤得到实质性修复，心肝肾主要脏器组织切片无炎症、坏死异常，证实体内长期注射安全性良好。

参考文献：

A., C., Cheng, H., Chen, G. et al. ROS-scavenging microspheres loaded with extracellular vesicles for intervertebral disc degeneration therapy. J Nanobiotechnol (2026). doi：10.1186/s12951-026-04740-4