內源性干細胞的定向募集對于原位組織再生至關重要，尤其在解決骨與軟骨組織自我修復能力受限的臨床難題中具有關鍵作用。然而，募集后的干細胞易受微環境氧化應激損傷，導致其分化潛能受損。

為了解決這一問題，山東大學馬保金、葛少華團隊提出三重協同調控策略，通過"精準募集-動態保護-定向分化"的級聯式作用機制，為骨軟骨缺損的修復開辟了新途徑。該研究以“Tetrahedral DNA Nanoframework-Based Multivalent Aptamers Functionalized Biomimetic Hydrogel Scaffold Enhances Osteochondral Regeneration by Recruitment and Protection of Endogenous Stem Cells”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。

【ATI/ATE的制備與表征】

核酸適配體 Apt19s 猶如一把精準的“鑰匙”，能夠特異性地與干細胞表面的堿性磷酸酶蛋白相結合，從而促進干細胞的募集與遷移。而四面體框架核酸（TFNAs），憑借其相對較小的尺寸和出色的穩定性，成為了構建高效載體的理想材料。研究人員將 Apt19s 連接到 TFNAs 的頂點，構建出具有多價結合效應的 PolyApt。進一步，運用藥物插層技術，將淫羊藿苷（ICA）和表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）分別嵌入PolyApt雙鏈區域，構建ATI和ATE。

ATI/ATE的制備與表征

【GPA-ATI/ATE水凝膠支架募集并保護BMSCs】

一旦內源性干細胞被募集到缺損部位，它們的黏附和鋪展對于有效的組織修復和再生至關重要。基于甲基丙烯酸酐化明膠（GelMA）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA），研究人員制備了力學性能良好且可降解的GPA共聚水凝膠。模擬天然膝關節的結構特點，采用DLP打印梯度仿生水凝膠支架，并將ATI負載到頂部軟骨層， ATE負載到底部骨層。GPA-ATI/ATE水凝膠支架緩釋ATI和ATE，與BMSCs特異性結合，促進其募集和遷移。此外，ATI和ATE具有強大的抗氧化特性，能有效中和ROS并保護線粒體功能，維持募集的BMSCs的生物活性。

ATI和ATE促進BMSCs募集和遷移

ATI和ATE清除ROS

【GPA-ATI/ATE水凝膠支架誘導BMSCs成軟骨/骨分化】

除了具備招募和保護內源性干細胞的能力外，研究人員進一步探究了ATI和ATE對BMSCs成軟骨和成骨分化的影響。阿爾新藍染色、堿性磷酸酶（ALP）染色和茜素紅S（ARS）染色表明GPA-ATI/ATE水凝膠支架提升了BMSCs的成軟骨和成骨分化能力。這是因為，ATI和ATE提高了ICA和EGCG的生物利用度。

GPA-ATI/ATE 水凝膠支架誘導BMSCs成軟骨和成骨分化

【小結】

將干細胞特異性適配體Apt19s連接到DNA四面體框架核酸的頂點構建了多價DNA適配體（PolyApt）。多價效應增強了PolyApt與干細胞的結合能力，有效促進了內源性干細胞向骨軟骨缺損部位遷移。進一步，將抗氧化小分子ICA和EGCG嵌入PolyApt中，制備了載藥復合體ATI和ATE。ATI和ATE能有效清除ROS，保護被募集的干細胞免受氧化應激影響，并維持其生物活性。此外，體ATI和ATE分別促進BMSCs向軟骨細胞和成骨細胞分化。將ATI和ATE摻入GelMA和PEGDA的預聚體溶液中，并利用數字光處理（DLP）打印技術制備了一種氫鍵增強的可降解梯度水凝膠支架（GPA - ATI/ATE）。GPA - ATI/ATE仿生支架模擬了正常膝關節的結構特征，在早期提供機械支撐，防止周圍宿主組織塌陷，同時促進BMSCs的黏附和鋪展。隨著時間的推移，支架逐漸降解，整個骨軟骨缺損區域被新組織填充，實現結構和功能重建。綜上所述，該體系通過“募集-保護-分化”的三級級聯調控機制，為骨軟骨一體化再生提供了一種新的解決方案。

全文鏈接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202502871

來源：高分子科學前沿