中山大学冯敏/海南大学郭羚团队《ACS Nano》：干细胞安装便携式微环境净化器，助力瘫痪小鼠重获运动能力

干细胞凭借其强大的组织修复功能，在再生医学领域展现出巨大潜力。然而，作为能感知微环境信号的活体药物（Living medicines），干细胞的疗效高度依赖修复微环境的质量。在氧化应激主导的病理环境中，干细胞的存活率和修复能力显著下降，严重限制了其临床应用。因此，如何优化干细胞的治疗微环境，成为提升其疗效、突破临床瓶颈的重要挑战。近日，中山大学药学院冯敏教授团队和海南大学药学院郭羚教授团队在前期研究基础上，合作研发了一种新型的“安装便携式微环境净化器的干细胞”增效修复体系，该体系显著提升了间充质干细胞的治疗效果，在严重脊髓损伤小鼠模型中实现了运动功能的恢复。这一研究为干细胞在再生医学中的广泛应用提供了增效修复技术平台。相关研究成果发表于《ACS Nano》，韦润秀博士生和陈逸漫硕士为共同第一作者。

【文章要点】

研究团队利用亲和素家族蛋白的表面工程化技术，将人工纳米酶锚定在间充质干细胞表面，构建了一种能在强氧化应激损伤微环境中保持高效修复功能的工程化干细胞活体药物（图1）。其中，人工纳米酶由FDA批准的解毒剂普鲁士蓝构建，作为稳定性强和成本低的“便携式微环境净化器”，其具备类似过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的多重酶催化活性，能够高效清除损伤组织中的过量活性氧，并将其转化为氧气，从而为干细胞治疗脊髓损伤创造理想的修复微环境。试验数据显示，未安装“微环境净化器”的间充质干细胞在损伤环境中活性锐减40%，而工程化干细胞则显著提升了存活率和环境适应能力。

图1 安装便携式微环境净化器的干细胞增效修复体系构建与表征

进一步研究发现，安装便携式微环境净化器的干细胞在氧化应激损伤微环境中，仍能持续生物合成形态完整、功能正常的活性线粒体（图2），并将其转移至受损神经元细胞中，恢复神经元线粒体稳态，抑制细胞内活性氧风暴。相比之下，常规干细胞在氧化应激微环境下线粒体结构破碎，导致其修复功能严重受损。这一发现表明，优化微环境不仅提升了干细胞存活率，还显著增强了其线粒体动态稳态调节能力，从而促进神经元修复。

图2 安装便携式微环境净化器的干细胞在氧化应激条件下仍能保持高活性

研究团队在严重脊髓损伤模小鼠型（（T10）严重挫伤性损伤）中，评估工程化干细胞的治疗效果。实验结果表明，静脉注射给药后，安装便携式微环境净化器的干细胞能够迁移至受损脊髓区域，持续清除氧化应激产生的过量活性氧并释放氧气，为干细胞修复神经元和髓鞘再生提供理想的修复微环境。步态特征量化分析显示，接受工程化干细胞治疗的严重脊髓损伤小鼠在4周内运动功能得到不同程度地恢复，其中40%的小鼠后肢康复至正常行走能力（图3）。而未接受治疗的小鼠则进展为后肢瘫痪，常规干细胞治疗的小鼠也未能实现运动功能有效恢复。

图3 安装便携式微环境净化器的干细胞恢复严重脊髓损伤小鼠后肢运动功能

【结论与展望】

这项研究提出一种结合纳米酶技术的干细胞修复增效策略，突破了传统干细胞疗法在氧化应激环境下疗效降低的局限性。这一技术平台具有广泛的应用前景，可以扩展到其他疾病领域的修复，如心肌梗死、神经退行性疾病和糖尿病足等。此外，该项研究还为我们提供了一个启示：干细胞疗法作为再生医学的核心技术，其治疗成功不仅依赖于干细胞本身的功能，还取决于其对疾病微环境的适应能力。未来，通过进一步优化微环境净化的干细胞增效技术，有望突破传统治疗的局限，推动干细胞疗法在临床中高效应用。

参考资料：

[1] Wei R, Chen Y, Yang Q, Wang T, He Y, Yin N, Yang L, Gao Y, Guo L, Feng M. Nanoenzyme-anchored mitofactories boost mitochondrial transplantation to restore locomotor function after paralysis following spinal cord injury. ACS Nano, 2025, 19, 4403-4421.

[2] Guo L, Yang Q, Wei R, Zhang W, Yin N, Chen Y, Xu C, Li C, Carney R, Li Y, Feng M. Enhanced pericyte-endothelial interactions through NO-boosted extracellular vesicles drive revascularization in a mouse model of ischemic injury. Nature Communications, 2023, 14, 7334.

[3] Harimoto T, Jung WH, Mooney DJ. Delivering living medicines with biomaterials. Nature Reviews Materials, 2025, 10, 191-210.

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c12557?articleRef=control