氢医学登上Cell子刊：何前军/喻波/杨骐宁等开发氢气辅助的干细胞移植疗法，促进骨关节炎软骨再生

氢医学登上Cell子刊：何前军/喻波/杨骐宁等开发氢气辅助的干细胞移植疗法，促进骨关节炎软骨再生

来源：生物世界 2025-10-12 17:52

该研究发现，氢气（H₂）能够逆转骨关节炎（OA）的软骨细胞表型，进而开发了 Mg₂Si 纳米片（MSN），将其与脂肪干细胞微球共同封装在水凝胶中，可实现超持久水解产氢（长达 28 天）。

骨（OA）微环境会导致移植迅速失去活力并发生意外分化，这给干细胞移植（SCT）治疗带来了巨大障碍。

2025 年 10 月 9日，上海交通大学材料科学与工程学院、氢科学中心何前军教授、华中科技大学同济医学院附属同济医院喻波研究员、金华市中心医院杨骐宁主任医师等，在 Cell 子刊Cell Biomaterials上发表了题为：Local sustainedH₂release assisted stem cell transplantation for enhanced osteoarthritic cartilage regeneration的研究论文。

该研究发现，氢气（H₂）能够逆转骨关节炎（OA）的软骨细胞表型，进而开发了 Mg₂Si 纳米片（MSN），将其与脂肪干细胞微球共同封装在水凝胶中，可实现超持久水解产氢（长达 28 天），这种局部持续释放H₂辅助干细胞移植的策略，有效促进了骨关节炎的软骨再生。

干细胞移植（SCT）通过移植干细胞来促进受损组织修复其再生能力的缺失，是再生医学中的一项先进技术。基于干细胞广泛的扩增潜能、多向分化可塑性、低原性以及多样化的来源，SCT 已取得重大进展，包括 27 种获批用于临床的干细胞治疗产品以及超过 800 项正在进行的利用干细胞进行治疗的临床试验。

然而，SCT 面临一个重大挑战，即干细胞一旦移植到恶性病理微环境中，容易迅速失去活力并发生意外分化。将恶性病理微环境重塑为有利于干细胞的生理微环境对于提高 SCT 的治疗效果尤为重要，但这仍具有挑战性。

软骨细胞是关节软骨中的关键细胞，负责分泌软骨基质和旁分泌因子，诱导干细胞向软骨细胞分化，并维持软骨的稳态。在骨关节炎（OA）的微环境中，这种稳态会被慢性炎症和氧化应激破坏，这会促使透明软骨细胞分化为纤维化、肥大和的表型，从而导致软骨退变和骨关节炎的进展，临床上很难阻止和逆转这一过程。恶性骨关节炎微环境会导致移植的干细胞迅速失去活力，并降低其透明软骨分化程度。

因此，有效重塑恶性骨关节炎微环境，尤其是消除炎症并使骨关节炎软骨细胞恢复到透明软骨表型，对于提高干细胞治疗骨关节炎软骨生成的疗效至关重要，但仍然是一个巨大的挑战。

由于氢气（H₂）具有很强的清除羟基自由基（ OH）的能力，因此具有广谱的抗氧化应激、抗炎、抗凋亡和抗衰老作用；在低于其饱和浓度（0.8 毫摩尔）时，对正常细胞/组织具有很高的生物安全性，无明显毒副作用；并且对软骨/骨组织具有很强的渗透性，显示出在辅助骨关节炎软骨修复和再生方面具有很高的潜力。

据报道，氢气（H₂）可通过抗氧化作用防止过氧化氢（H₂O₂）在体外耗竭透明软骨细胞的透明质表型和活力，但H₂是否能够在骨关节炎（OA）微环境中逆转其软骨细胞的表型尚不清楚。此外，特定部位的高浓度H₂ 递送对于其有效发挥骨关节炎调节功能至关重要。水解产氢水凝胶或支架移植是局部递送高浓度H₂的理想途径，但现有水解产氢材料的产氢持续时间不超过 7 天，无法满足骨/软骨修复的时间窗口需求。

在这项最新研究中，研究团队发现，在骨关节炎微环境中，软骨细胞透明质表型的丧失可通过氢气（H₂）靶向线粒体得以恢复。因此，研究团队开发了尺寸可调且具有可控水解产氢行为的硅化镁（Mg₂Si）纳米片（MSN），通过将 MSN 与脂肪干细胞微球共同封装在甲基丙烯酸明胶（GelMA）/甲基丙烯酸透明质酸（HAMA）水凝胶中，构建了一种可持续（长达 28 天）释放H₂的水凝胶移植体。 该移植体通过抑制炎症和软骨退变来重塑骨关节炎微环境，显著提高移植干细胞在体内的存活率，并保持其透明软骨分化特性，从而增强干细胞修复骨关节炎临界尺寸软骨缺损的效果。这种局部持续释放H₂以重塑恶性病理微环境的策略将为提高细胞移植效果打开了一扇窗。

该研究的亮点：

发现了H₂ 可逆转骨关节炎的软骨细胞表型；

开发了能够超持久水解产氢的Mg₂Si纳米片（MSN）；

局部持续 H₂ 供应可辅助干细胞移植。

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