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骨关节炎(OA)是一种肌肉骨骼疾病，全世界约有5亿人患有骨性关节炎，骨髓间充质干细胞(MSCs)治疗已被证明是治疗OA的一种潜在策略。然而，直接注射过程中的剪切力和OA环境中更苛刻的剪切条件会导致明显的细胞损伤，从而抑制治疗效果。
来自北京大学第三医院和清华大学的学者利用DNA超分子水凝胶作为骨髓间充质干细胞治疗严重骨性关节炎模型的载体材料，发现其在体内外对骨髓间充质干细胞的抗剪切力都有很好的保护作用。研究表明，DNA超分子水凝胶在OA高摩擦条件下能促进优质软骨的形成，减少骨赘，使软骨下骨正常化，本文并对其治疗作用的分子机制进行了探讨。可以预见，DNA超分子水凝胶将成为治疗多潜能间充质干细胞的一种很有前途的细胞递送系统。相关文章以“Anti-Friction MSCs Delivery System Improves the Therapy for Severe Osteoarthritis”标题发表在Advanced Materials。https:///10.1002/adma.202104758
图1.骨髓间充质干细胞DNA超分子水凝胶的制备。a)抗磨MSCs输送系统示意图，改进了严重骨关节炎的治疗。(b)37℃下骨髓间充质干细胞超分子水凝胶的机械强度。(c)不同应变下骨髓间充质干细胞超分子水凝胶的机械强度。d)骨髓间充质干细胞DNA超分子水凝胶的扫频试验。e)用29G针头将凝胶红染色的骨髓间充质干细胞DNA超分子水凝胶注入空气中。
图2.DNA超分子水凝胶的可注射性、抗剪切性和允许细胞迁移的评估。a)钙调素-AM(绿色，活)和PI(红色，死亡)染色的骨髓间充质干细胞在注射前后在液体载体或DNA超分子水凝胶中的活性。b)传统注射前后骨髓间充质干细胞存活百分率(n=3，P<0.001)和DNA超分子水凝胶保护性注射(n=3，P>0.0 5)。c)注射过程中液体载体中的细胞损伤和DNA超分子水凝胶对细胞的保护示意图。d)在液体载体或DNA超分子水凝胶中双向摩擦后，钙黄绿素-AM(绿，活)和PI(红，死)染色的骨髓间充质干细胞的活力。
图3.骨髓间充质干细胞在DNA超分子水凝胶中的体外增殖和软骨特异性基质形成。a)DNA超分子水凝胶培养1、3、7d后BMSCs的存活率及三维分布：b)用CCK-8法检测接种于DNA超分子水凝胶或培养皿中的BMSCs的增殖情况。CCK-8法检测DNA超分子水凝胶的细胞毒性(n=3，P>0.05)。d)通过免疫荧光染色检测DNA超分子水凝胶包裹的骨髓间充质干细胞在诱导成软骨后7d和14d的II型胶原生成情况。
图4.骨髓间充质干细胞-DNA超分子水凝胶减轻兔骨关节炎软骨退变。A)宏观图片。
B)软骨退变的ICRS评分。C，D)HE、藏红花O-坚固绿和甲苯胺蓝染色、Ⅱ型胶原免疫组织化学染色和透射电镜观察治疗后12周和24周的变性和损伤情况。E)利用Mankin评分评价软骨退变。F、G)各组软骨生物力学评价。
图5. 骨髓间充质干细胞-DNA超分子水凝胶使严重骨关节炎兔的软骨下骨正常化并减轻骨赘负荷。(A)具有代表性的胫骨平台Micro-CT三维重建图像，显示治疗后12周和24周软骨下骨的骨赘和矢状位图像。B-G)骨赘体积、骨小梁间隙(TB)分析软骨下骨改建、骨小梁模式因子、骨小梁数量、骨小梁厚度和骨体积/组织体积。
图6。兔膝关节软骨的RNA测序。A)假手术组、空白组、骨髓间充质干细胞组和杂交组治疗12周后软骨转录组的主成分分析(PCA)。(B)骨髓间充质干细胞与杂交组软骨差异表达基因(DE)的系统聚类分析。基因本体论分析杂交组C)下调，D)上调，与MSCs组比较有显著性差异。杂交组E)基因下调、F)基因上调的通径分析。
综上所述，本文首次探索了DNA超分子水凝胶作为一种新的细胞载体策略的治疗作用，它已被证明是一种有效的递送系统，并成功地提高了兔重症OA模型中MSCs的治疗效果。利用DNA超分子水凝胶良好的可注射性，微创技术已成功地应用于29G注射器治疗骨性关节炎。体内外实验证明，MSCs具有优异的抗剪切保护作用，即使在严酷的高摩擦环境下，也能改善的治疗效果。此外，本文进一步研究了骨髓间充质干细胞DNA超分子水凝胶修复软骨的分子机制，发现一系列与软骨再生相关的信号通路被激活。因此，这项工作为治疗严重OA提供了一种创造性和广泛性的方法，对注射过程中的短期剪切力和长期关节摩擦都具有有效的保护作用。（文：SSC）
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