热烈祝贺陈胜强同学在Cell Biomaterials发表氢辅助干细胞移植研究

【背景简介】骨关节炎（OA）作为一骨关节炎种以慢性炎症和软骨退化为核心特征的退行性疾病，给大量患者带来了巨大痛苦。OA炎症进展和软骨退化形成恶性循环，而且软骨缺乏再生能力，导致OA常呈现逐渐恶化的趋势。干细胞移植可以促进软骨再生，但OA慢性炎症、氧化应激和组织退化的恶劣微环境会导致移植的干细胞迅速失活、并异常分化，极大地影响了干细胞治疗效果。单纯的抗氧化抗炎治疗（如氢分子治疗）可以一定程度上控制炎症，但依赖软骨自修复依然十分困难。

【策略与原理】近日，上海交通大学材料学院氢科学中心丁文江院士/何前军教授团队与金华市中心医院骨科杨骐宁主任、华中科技大学同济医学院附属同济医院喻波研究员合作，首次提出“氢分子辅助干细胞移植”的新概念（如下图），发展了一种共载脂肪干细胞微球（SCM）和水解产氢硅化镁纳米片（MSN）的可注射光交联水凝胶（SCM/MSN@Gel），通过原位持续产生的氢分子改善炎症微环境和校正OA软骨表型，维持移植干细胞的活性及其向透明软骨分化的行为，在OA软骨缺损大鼠模型上实现了OA软骨缺损的高效修复。

【主要结论】率先发现持续H₂处理能够通过靶向修复OA软骨细胞线粒体紊乱（包括膜电位和能量代谢），消除氧化应激和炎症，将病人来源OA软骨细胞从纤维化（Col1^-）和肥大化（Col10^-）表型逆转为透明（Col2⁺）表型（如下图），从而表现出诱导SCM分化为透明软骨细胞的行为，与正常软骨的诱导分化行为相似。

为实现局部持续、大量供应H₂，通过调控硅化镁纳米片MSN的尺寸，筛选出具有水解产氢时间约1个月的材料。为了共移植干细胞微球SCM与MSN，以9.5% GelMA和0.5% HAMA为基质，构建了共载SCM和MSN的新型可注射水凝胶移植物（SCM/MSN@Gel）。通过前交叉韧带切断术（ACLT）诱导大鼠骨关节炎，并制造直径为1.5 mm的软骨缺损，然后将SCM/MSN@Gel注射到软骨缺损部位，然后通过光交联进行固定。移植3个月后，单独氢分子治疗（MSN@Gel）和干细胞治疗（MSO/SCM@Gel）都能够一定程度上但无法完全修复软骨缺损，而氢辅助干细胞联合疗法（MSN/SCM@Gel）能够完全修复软骨缺损（如下图）。氢辅助干细胞治疗重塑了恶性的OA微环境，阻止了邻近软骨退变，抑制了骨赘生长，同时促进了SCM向透明软骨定向分化，再生了均匀、光滑、具有正常的细胞密度、充足的糖胺聚糖含量且与邻近软骨组织完美融合的软骨组织。这项工作提出的“氢分子辅助干细胞移植”策略将“改造病理微环境”和“补充功能细胞”两个必要步骤进行有机结合，为提高细胞治疗的临床疗效开辟了一个新方向。

【发表成果】相关工作发表在Cell 子刊《Cell Biomaterials》，详见：Local sustained H₂ release assisted stem cell transplantation for enhanced osteoarthritic cartilage regeneration, Cell Biomaterials 2025, 100220.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.celbio.2025.100220