本文聚焦脊髓损伤（SCI）修复这一临床难题，相关研究成果发表于《Advanced Science》（SCI 1 区，影响因子 14.1），针对间充质干细胞来源外泌体（MSC-Exo）在递送系统中特异性整合不足、体内滞留短等问题，提出了一种模拟抗原 - 抗体结合的免疫亲和组装策略。研究通过肽 - 适配体（Peptide-Apt_CD63）偶联物与 MSC-Exo 的特异性相互作用，构建了层级化微凝胶，该微凝胶可通过抗氧化、抗炎及促进神经干细胞增殖分化等协同作用，有效提升 SCI 小鼠的运动功能恢复，为脊髓损伤治疗及材料科学与生命科学的交叉应用提供了新思路与新方法。

一、研究背景与核心问题

1、脊髓损伤（SCI）的临床挑战

脊髓损伤是中枢神经系统严重创伤，由急性机械损伤引发，会导致永久性运动和感觉功能障碍，给患者和社会带来沉重负担。其损伤部位存在多重病理特征：

神经元凋亡、胶质瘢痕形成、脱髓鞘；

严重氧化应激反应（活性氧ROS过量积累）；

免疫失衡（M1型促炎小胶质细胞活化，抗炎微环境缺失）。

2、现有治疗策略的瓶颈

间充质干细胞来源外泌体（MSC-Exo）因富含旁分泌介质（神经营养因子、miRNA等），在促进神经元分化、髓鞘再生、减少胶质瘢痕形成方面展现出优异疗效，是SCI修复的潜在候选疗法。但MSC-Exo的临床应用受限于两大关键问题：

体内滞留时间短、清除速度快，难以在损伤部位持续发挥作用；

传统递送系统（如明胶、透明质酸水凝胶）存在缺陷：化学交联过程会破坏Exo生物活性，凝胶后负载则导致负载效率低、滞留不稳定。

3、研究核心目标

开发一种温和且高效的组装策略，实现MSC-Exo与聚合物支架的特异性整合，在保留其生物活性的同时，延长其在损伤部位的滞留时间，协同发挥多维度治疗作用。

二、核心设计：免疫亲和模拟组装微凝胶系统

1、核心组件与合成路线

研究设计了“肽-适配体偶联物（Peptide-Apt_CD63）+ MSC-Exo”的双功能组装体系，具体合成流程如下：

共聚物多肽合成：通过氨基酸N-羧基环内酸酐（NCA）的开环聚合（ROP），合成含炔基的共聚物多肽（聚炔丙基半胱氨酸-co-γ-苄基-L-谷氨酸）；

肽-适配体偶联物制备：通过点击化学，将叠氮修饰的CD63适配体（Apt_CD63）接枝到上述多肽上，形成Peptide-Apt_CD63偶联物（每个多肽链平均接枝3个Apt_CD63）；

凝胶组装：利用Apt_CD63与MSC-Exo表面高表达的CD63蛋白的特异性结合（模拟抗原-抗体免疫亲和作用），在生理缓冲液中温和孵育（4℃，20h），形成3D交联结构的Peptide-Apt_CD63/Exo微凝胶（平均粒径~30.34μm）。

图1：双功能组装体系

2、组装特异性验证

仅高表达CD63的MSC-Exo可与偶联物有效组装（组装率：偶联物77%，MSC-Exo79%）；低表达CD63的牛奶来源外泌体（Milk-Exo）在相同条件下无法形成微凝胶，证实组装依赖CD63-Apt_CD63的特异性相互作用。

图2：组装率验证

三、微凝胶的核心功能与机制

微凝胶通过“抗氧化-免疫调节-神经再生”的协同作用实现SCI修复，各功能模块的机制如下：

1、抗氧化作用：清除ROS，减轻氧化应激

多肽链中的硫醚基团可直接 scavenge 活性氧（如ABTS⁺自由基）；体外实验证实，微凝胶处理组的神经干细胞（NSCs）内ROS水平显著降低（荧光信号几乎可忽略），优于单独MSC-Exo或Peptide-Apt_CD63处理组。

图3：ROS清除功能验证

2、免疫调节：重塑抗炎微环境

协同机制：Peptide-Apt_CD63的硫醚基团通过清除ROS改善 redox 环境，MSC-Exo激活抗氧化信号通路（MAPK/NF-κB、Nrf2/Keap1）；

核心效应：促进M1型小胶质细胞（促炎）向M2型（抗炎）转化，具体表现为：

①下调促炎因子（iNOS、TNF-α、MMP9）的mRNA表达（TNF-α降至对照组的0.12倍）；

②上调抗炎因子（Arg-1、IL-10、TGF-β）的mRNA表达（IL-10升至对照组的3.91倍）。

图4：小胶质细胞表型分析

3、神经再生：调控NSCs命运，促进神经修复

可控释放：微凝胶中的核酸适配体对核酸酶敏感，在体内 nuclease 作用下可缓慢释放MSC-Exo（FBS中3h释放率>60%），且释放的Exo结构完整性和CD63表达水平保持不变；

增殖与迁移：微凝胶显著促进NSCs增殖（MSC-Exo浓度4.0×10⁵ particles/μL时，增殖率提升~30%）和迁移（迁移率是单独偶联物的2.24倍、单独Exo的2.73倍）；

定向分化：引导NSCs向神经元分化，抑制星形胶质细胞生成（减少胶质瘢痕）：

神经元标志物MAP2的mRNA表达提升6.5倍；

神经干细胞标志物Nestin（降至0.52倍）和星形胶质细胞标志物GFAP（降至0.31倍）的mRNA表达显著下调；

机制：MSC-Exo中的神经营养因子和miRNA激活MAPK/PI3K-Akt通路，偶联物降解释放的谷氨酸触发Ca²⁺依赖信号，协同促进神经元成熟。

图5：神经干细胞（NSCs）的迁移与增殖检测

四、体内实验验证：SCI小鼠的功能恢复

1、实验设计

小鼠T10节段脊髓打击损伤模型，术后7天局部注射微凝胶；

对照组：PBS、单独MSC-Exo、单独Peptide-Apt_CD63；

评估时间点：术后4周、6周（行为学、组织学、电生理）。

2、核心结果

运动功能显著恢复

①行为学评分（Basso Mouse Scale, BMS）：术后6周，微凝胶组BMS评分达4.7（可足底支撑行走），对照组均<3.0（仅偶尔脚踝活动）；

②电生理检测：运动诱发电位（MEP）振幅达163.3μV，显著高于PBS组（43.3μV），提示神经传导功能恢复；

③步态分析：微凝胶组小鼠足底着地一致性、肢体协调性改善，负重能力恢复至接近假手术组水平。

图6：动物行为学分析

组织学修复

①损伤部位结构改善：萎缩和空泡化减轻，炎性细胞浸润减少；

②髓鞘再生：Luxol Fast Blue（LFB）染色强度最高，提示髓鞘含量显著增加；

③神经元存活：尼氏小体（神经元蛋白合成关键结构）数量显著增多；

④胶质瘢痕抑制：GFAP表达水平显著降低（降至对照组的0.13倍），减少对轴突再生的物理屏障。

图7：免疫荧光染色及相关分子表达水平检测的实验结果

生物安全性

①主要器官（心、肝、脾、肺、肾）的H&E染色无明显病理损伤；

②无明显细胞凋亡、坏死及溶血现象，证实体内生物相容性良好。

五、研究创新点与科学意义

1、核心创新

组装策略创新：首次利用“适配体-靶标”的免疫亲和模拟相互作用，实现MSC-Exo与聚合物支架的温和、高效、特异性组装，避免化学交联对生物活性的破坏；

功能协同创新：微凝胶整合“抗氧化-免疫调节-神经再生”三大功能模块，解决SCI修复中的多维度病理问题，而非单一靶点干预；

递送系统优化：通过核酸酶敏感设计实现Exo的可控释放，延长体内滞留时间，同时保留其生物活性。

2、科学意义

为SCI修复提供了一种新型高效的递送系统，突破了MSC-Exo临床应用的递送瓶颈；

拓展了肽-寡核苷酸偶联物在生物制剂组装中的应用，为材料科学与生命科学的交叉提供了新思路；

该组装策略可通过定制适配体序列和负载的生物制剂，推广至其他疾病（如创伤性脑损伤、糖尿病创面愈合）的治疗，具有广泛的应用前景。

原文下载链接：https://doi.org/10.1002/advs.202519701

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