椎間盤退變（IVDD）是一種全球性的公共衛(wèi)生問題,。椎間盤切除術(shù)或注射治療造成的纖維環(huán)（AF）損傷會(huì)再次引發(fā)IVDD,。然而，目前缺少治療AF損傷的合適方法,。因此,，本課題組開發(fā)了一種高強(qiáng)度智能微針（MN），可通過局部微創(chuàng)方法穿透椎間盤AF組織,，并通過近紅外光（NIR）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制藥物釋放和熱療效果,。在細(xì)胞外，負(fù)載雙氯芬酸鈉（DC）的PDA/GelMA復(fù)合MN可“攻擊”炎癥微環(huán)境,，減輕炎癥對(duì)細(xì)胞的損傷,；在細(xì)胞內(nèi)，熱療可提高細(xì)胞熱休克蛋白（HSP）的水平,，增強(qiáng)對(duì)病理微環(huán)境的防御能力（方案1）,。這種具有“攻守兼?zhèn)洹毙Ч母邚?qiáng)度智能MN為椎間盤修復(fù)提供一種新策略。

首先，我們制備了DC/PDA/GelMA復(fù)合水凝膠,。該復(fù)合水凝膠具有優(yōu)異的光熱性能,，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)NIR調(diào)控DC的快速釋放。然而,，在熱療過程中常伴有ROS水平的提高,，PDA可有效清除這一負(fù)面影響（圖1）。

為了確定纖維環(huán)細(xì)胞（AFC）能否以細(xì)胞自主的方式感知高熱,，我們對(duì)水凝膠上的細(xì)胞進(jìn)行了周期性的NIR照射,。qPCR分析結(jié)果顯示光熱刺激提高了AFC中HSP相關(guān)和基質(zhì)合成相關(guān)基因的表達(dá)。蛋白印跡分析結(jié)果與qPCR得出的結(jié)果相似（圖2）,。接著,，我們通過LPS誘導(dǎo)的IVDD模型來驗(yàn)證抗炎和光熱治療（PTT）協(xié)同療法對(duì)IVD的修復(fù)。蛋白印跡分析結(jié)果和免疫熒光染色結(jié)果都證明了協(xié)同療法能夠抑制細(xì)胞的炎癥反應(yīng)和基質(zhì)(ECM)降解,，同時(shí)能夠促進(jìn)基質(zhì)沉積,、減輕炎癥環(huán)境下的細(xì)胞凋亡（圖3）。

以微創(chuàng)方式將藥物精確,、可控地輸送到特定組織的MN技術(shù)是一種前景廣闊的治療方法,。制備出的復(fù)合MN具有優(yōu)異的光熱性能。力學(xué)強(qiáng)度是評(píng)估MN組織穿透能力的關(guān)鍵參數(shù),。為了提高力學(xué)強(qiáng)度,，我們采用了冷凍法制備低溫MN。冷凍處理后MNs的力學(xué)強(qiáng)度得到了有效改善,，從而成功穿透到大鼠IVD中（圖4）,。

緊接著，我們通過建立的大鼠IVDD模型來探究復(fù)合MN在體內(nèi)的IVD修復(fù)效果,。8周時(shí),，協(xié)同療法組的椎體邊緣相對(duì)光滑，椎間高度沒有明顯下降,；髓核含水量輕微下降,、信號(hào)強(qiáng)度仍然較強(qiáng)。H&E染色,、S-O染色和IHC分析結(jié)果顯示,，協(xié)同療法組的IVD結(jié)構(gòu)和形態(tài)相對(duì)更好，IVD區(qū)域的基質(zhì)成分更多,，膠原和蛋白多糖含量更高,。TUNEL染色顯示，協(xié)同療法組的熒光信號(hào)強(qiáng)度較低（圖5）,。軸向循環(huán)拉伸-壓縮試驗(yàn)結(jié)果顯示協(xié)同療法組的NZ長(zhǎng)度變化最小，而壓縮和拉伸剛度降低不明顯（圖6）。這些結(jié)果表明,，抗炎和PTT的協(xié)同治療可促進(jìn)ECM合成,、抑制細(xì)胞凋亡、在一定程度上恢復(fù)了IVD的生物力學(xué)功能,，從而抑制IVDD,。

最后，為了解協(xié)同療法的作用機(jī)制,，我們對(duì)相應(yīng)處理后的AFC進(jìn)行了RNA序列轉(zhuǎn)錄組分析,。測(cè)序結(jié)果和蛋白印跡分析結(jié)果提示協(xié)同療法可能通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)泛素化和細(xì)胞凋亡發(fā)揮修復(fù)作用（圖7）。

綜上所述,，這種高強(qiáng)度智能MN具有“攻守兼?zhèn)洹钡淖饔?，?duì)外可調(diào)節(jié)細(xì)胞外病理微環(huán)境，對(duì)內(nèi)可調(diào)節(jié)細(xì)胞的自我保護(hù),。這為IVD修復(fù),，尤其是容易被忽視的AF缺損的修復(fù)提供了一種新策略。

本研究由蘇州大學(xué)骨科研究所韓鳳選研究員團(tuán)隊(duì)完成,，并于2023年9月8日在線發(fā)表于Advanced Materials,。

論文信息：Qingchen Meng^#, En Xie^#, Heng Sun^#, Huan Wang, Jiaying Li, Zhao Liu, Kexin Li, Jie Hu, Qianglong Chen, Chaoyong Liu, Bin Li, Fengxuan Han^*. High-strength smart microneedles with “offensive and defensive” effects for intervertebral disc repair. Adv Mater 2023, e2305468.