通过精确调控机械信号可以引导干细胞分化，以促进退行性组织中内源性再生的难题。在退行性组织中，异常的机械微环境会导致细胞命运的误导，使得实现高效的内源性再生变得困难。
研究简介
本研究中，通过构建具有可调节机械生物学特性的水凝胶微球，探索了其在招募和训练干细胞促进椎间盘髓核再生方面的潜力。研究结果表明，通过微流控技术和光聚合策略制备的GelMA微球，能够精确调控其弹性模量，并且通过Fn修饰实现配体密度的调节。这些微球能够为干细胞提供不同的力学微环境，从而影响其分化行为。
在体外实验中，软质基质（2kPa）和低配体密度（2μg/mL）的微球能够支持IVD祖细胞/干细胞向NP样细胞的分化。这一发现与先前的研究相符，即软质基质（<5 kPa）能够抑制细胞骨架的组织，并诱导干细胞向脂肪细胞和内皮细胞分化。此外，随着弹性模量和配体密度的增加，YAP的核定位增加，这与干细胞向NP样细胞分化的潜力降低有关。这些结果表明，通过调节微球的力学特性，可以有效地调控干细胞的分化方向。
在细胞招募方面，通过将PDGF-BB装载到Fn-GelMA微球上，构建了具有细胞招募能力的微球。实验结果表明，这些微球能够缓慢释放PDGF-BB，从而招募内源性细胞并促进其在体外的扩增。这一发现为内源性再生策略提供了新的可能性，即通过招募内源性干细胞来替代凋亡细胞，并通过分化和分泌抗炎细胞因子来促进组织重建。
在体内实验中，通过建立大鼠针灸模型来模拟IVD退行性变，并评估了微球治疗的效果。放射学评估结果显示，与对照组相比，Soft-L微球治疗组在术后4周和8周能够更好地维持IVD的高度和水分含量，这表明适当的力学信号训练能够促进NP再生，同时保持IVD的结构完整性和减少水分流失。组织学分析进一步证实了这一发现，Soft-L微球治疗组在术后4周和8周显示出最低的退行性变化评分，表明其在减少IVD退行性变方面的潜力。
此外，研究还探讨了微球对内源性干细胞招募和分化的影响。免疫荧光分析显示，Soft-L微球治疗组在术后4周显示出最高的CD90+（干细胞标记物）和CD24+（NP细胞标记物）细胞比例，这表明Soft-L微球不仅能够招募内源性干细胞，还能促进其向NP样细胞的分化。这些结果强调了在内源性再生过程中，生物材料的适当力学信号调节的重要性。
通过构建具有可调节力学特性的水凝胶微球，为内源性干细胞的招募和分化提供了一种新的方法。这些微球能够通过力学转导来引导干细胞分化，从而促进IVD的再生。这一发现不仅为椎间盘退行性疾病的治疗提供了新的思路，也为其他组织的内源性再生提供了潜在的应用前景。通过进一步的优化和临床试验，这种基于微球的合成生态位有望成为一种安全有效的治疗策略，以促进组织的自然修复和再生。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202300180
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