久坐一天，腰像是被抽掉了支撑，很多人以为只是累了，其实很可能是腰椎里的“减震垫”——椎间盘出了问题。近期，同济大学附属养志康复医院朱睿教授团队联合东华大学何创龙教授、陈硕团队，研发出一种“会发电”的注射水凝胶：它能在超声驱动下产生微弱电流，“指挥”干细胞修补退变的椎间盘。相关成果发表于国际期刊《Advanced Fiber Materials》（《先进纤维材料》）。
研究成果发布期刊标题
椎间盘退变（IDD）是临床上导致下腰痛的主要病因。目前，可注射水凝胶因具有微创递送优势而被广泛应用于组织再生领域。传统的注射水凝胶，大多要靠紫外线或可见光照射才能凝固。可椎间盘藏得太深，光照不进去；不打光，凝胶又定型不稳，注射时的剪切力还可能弄伤里面装载的干细胞。
朱睿教授团队联合东华大学团队研发的这款水凝胶不靠光，靠两种材料混合后内部的氧化还原过程触发交联。即两支注射器混合后，5～10分钟内就在原位自动凝固成胶，就像一支打进身体才生效的“生物胶水”。
触发演示
光凝固还不够，团队用静电纺丝技术做出一种压电短纤维（聚左旋乳酸，PLLA），均匀混进凝胶里。在体外超声的驱动下，这些短纤维会在凝胶内部产生稳定的微弱电流。电流正是干细胞的“开工信号”：电流刺激干细胞分泌一种关键的生长因子（TGF-β），引导它们转变成髓核样的细胞，同时招募周围残存的髓核细胞一起参与修复。简单说，超声是遥控器，水凝胶是发电机，干细胞是修理工，三者配合在深部组织里搭起了一个“自供电”的修复微环境。该研究为深部组织的再生工程提供了一种集微创注射、压电物理刺激与生物因子调控于一体的新型治疗策略。
压电可注射水凝胶在髓核部位的形态
研究团队设计了基于GelMA和PF127-DA的双注射器给药系统，实现了在无光照条件下的快速原位固化成胶，凝胶化时间约为5～10分钟。这种非光交联机制有效避免了注射过程中的剪切力对装载干细胞造成的机械损伤。得益于PF127-DA成分的引入，该水凝胶展现出优异的抗溶胀特性与良好的力学耐疲劳性，能够较好地适应椎间盘这一封闭且高压力的狭小生理空间。
同时，团队通过定向静电纺丝及后续处理，成功制备了具有高结晶度和有序结构的PLLA压电短纤维。电学测试结果表明，在低频超声驱动下，掺杂有PLLA短纤维的水凝胶能够产生稳定的压电响应电压，为在体内构建“自供电”的微电流刺激微环境奠定了基础。
治疗效果的体内成像评估
在大鼠尾椎间盘退变模型中，经过为期8周的治疗，多模态影像学（X射线、高场强MRI）与组织学评估均显示出显著的修复效果。载干细胞的压电水凝胶结合超声治疗组（CG127P+US）能够维持椎间盘高度指数（DHI），并在MRI影像中保留了代表含水量的明亮T2信号。组织学切片显示，治疗组椎间盘结构保持完整，髓核与纤维环界限清晰，且蛋白聚糖与II型胶原等基质成分大量沉积，显著恢复了退变椎间盘的生物力学抗压功能。
综上所述，这项研究成功构建了一种无需光交联即可原位成胶、且能在微环境中“自供电”的多功能智能水凝胶平台。该策略将微创干细胞递送与超声驱动的压电刺激深度融合，通过促进干细胞分化、招募内源性修复细胞以及重塑基质代谢平衡等机制产生协同作用。这一成果突破了传统光交联水凝胶与单一细胞疗法的技术瓶颈，为椎间盘退变及其他深部组织的再生医学研究提供了一种极具临床转化前景的新范式。
■记者 李天蔚 通讯员 朱睿 沙洲 文图
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