内源性干细胞的定向募集对于原位组织再生至关重要，尤其在解决骨与软骨组织自我修复能力受限的临床难题中具有关键作用。然而，募集后的干细胞易受微环境氧化应激损伤，导致其分化潜能受损。

为了解决这一问题，山东大学马保金、葛少华团队提出三重协同调控策略，通过"精准募集-动态保护-定向分化"的级联式作用机制，为骨软骨缺损的修复开辟了新途径。该研究以“Tetrahedral DNA Nanoframework-Based Multivalent Aptamers Functionalized Biomimetic Hydrogel Scaffold Enhances Osteochondral Regeneration by Recruitment and Protection of Endogenous Stem Cells”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

【ATI/ATE的制备与表征】

核酸适配体 Apt19s 犹如一把精准的“钥匙”，能够特异性地与干细胞表面的碱性磷酸酶蛋白相结合，从而促进干细胞的募集与迁移。而四面体框架核酸（TFNAs），凭借其相对较小的尺寸和出色的稳定性，成为了构建高效载体的理想材料。研究人员将 Apt19s 连接到 TFNAs 的顶点，构建出具有多价结合效应的 PolyApt。进一步，运用药物插层技术，将淫羊藿苷（ICA）和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）分别嵌入PolyApt双链区域，构建ATI和ATE。

ATI/ATE的制备与表征

【GPA-ATI/ATE水凝胶支架募集并保护BMSCs】

一旦内源性干细胞被募集到缺损部位，它们的黏附和铺展对于有效的组织修复和再生至关重要。基于甲基丙烯酸酐化明胶（GelMA）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA），研究人员制备了力学性能良好且可降解的GPA共聚水凝胶。模拟天然膝关节的结构特点，采用DLP打印梯度仿生水凝胶支架，并将ATI负载到顶部软骨层， ATE负载到底部骨层。GPA-ATI/ATE水凝胶支架缓释ATI和ATE，与BMSCs特异性结合，促进其募集和迁移。此外，ATI和ATE具有强大的抗氧化特性，能有效中和ROS并保护线粒体功能，维持募集的BMSCs的生物活性。

ATI和ATE促进BMSCs募集和迁移

ATI和ATE清除ROS

【GPA-ATI/ATE水凝胶支架诱导BMSCs成软骨/骨分化】

除了具备招募和保护内源性干细胞的能力外，研究人员进一步探究了ATI和ATE对BMSCs成软骨和成骨分化的影响。阿尔新蓝染色、碱性磷酸酶（ALP）染色和茜素红S（ARS）染色表明GPA-ATI/ATE水凝胶支架提升了BMSCs的成软骨和成骨分化能力。这是因为，ATI和ATE提高了ICA和EGCG的生物利用度。

GPA-ATI/ATE 水凝胶支架诱导BMSCs成软骨和成骨分化

【小结】

将干细胞特异性适配体Apt19s连接到DNA四面体框架核酸的顶点构建了多价DNA适配体（PolyApt）。多价效应增强了PolyApt与干细胞的结合能力，有效促进了内源性干细胞向骨软骨缺损部位迁移。进一步，将抗氧化小分子ICA和EGCG嵌入PolyApt中，制备了载药复合体ATI和ATE。ATI和ATE能有效清除ROS，保护被募集的干细胞免受氧化应激影响，并维持其生物活性。此外，体ATI和ATE分别促进BMSCs向软骨细胞和成骨细胞分化。将ATI和ATE掺入GelMA和PEGDA的预聚体溶液中，并利用数字光处理（DLP）打印技术制备了一种氢键增强的可降解梯度水凝胶支架（GPA - ATI/ATE）。GPA - ATI/ATE仿生支架模拟了正常膝关节的结构特征，在早期提供机械支撑，防止周围宿主组织塌陷，同时促进BMSCs的黏附和铺展。随着时间的推移，支架逐渐降解，整个骨软骨缺损区域被新组织填充，实现结构和功能重建。综上所述，该体系通过“募集-保护-分化”的三级级联调控机制，为骨软骨一体化再生提供了一种新的解决方案。

全文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202502871

来源：高分子科学前沿

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