椎间盘(IVD)是连接相邻椎体的纤维软骨组织，由富含蛋白多糖的髓核(NP)、富含胶原蛋白的纤维环(AF)外区组成，并由软骨终板(CEP)限制。IVD为脊柱提供机械稳定性，允许在运动节段水平上运动，并保持椎骨和小关节的正确空间对齐。IVD退变(IVDD)随着年龄的增长和病理损伤下的持续变性而发展。它与组织内在自我修复能力的降低有关，包括NP祖细胞的减少。此外，细胞外基质(ECM)含量失调与早期IVDD相关，导致炎症。椎间盘源性疼痛的发生与炎症增加有关。其他导致IVDD的因素包括机械负荷和损伤、低营养供应、遗传、吸烟和肥胖等。由于IVD的自我修复能力有限，营养条件差，ECM降解不可逆，因此介入治疗对IVDD至关重要。近期，多篇文献报道了IVDD相关研究，可能为IVDD的治疗提供帮助。

1. 高强度智能微针用于IVD修复

AF的结构完整性对维持IVD的生物功能至关重要。针刺或椎间盘切除术引起的AF损伤可再次引发IVDD。然而，目前还没有合适的方法来治疗AF损伤。苏州大学苏州医学院生物与基础医学院附属第一医院骨科Fengxuan Han团队开发了高强度智能微针(MN)，它可以通过局部和微创的方法穿透AF组织，并通过近红外实现对药物加速释放和热疗的远程控制^[1]。负载双氯芬酸钠的PDA/GelMA复合MN在细胞外靶向炎症微环境，减轻细胞损伤，在细胞内增加细胞保护性热休克蛋白水平，增强对负面微环境的防御，达到“攻防兼备”的效果(图1)。体外实验表明，光热疗法和抗炎药的协同治疗可有效减少炎症，抑制细胞凋亡，促进ECM的合成。体内实验表明，MN减轻大鼠的炎症反应，促进ECM沉积，降低细胞凋亡水平，并恢复IVD的生物力学特性。总的来说，这种高强度的智能MN可以为IVD修复提供一种新的策略。

图1 用于IVDD的复合MN示意图

2. 催化纳米点驱动的NP焦亡抑制对IVDD的抗氧化干预

IVDD引起的腰痛是全球普遍关注的问题。然而，其潜在机制仍然难以捉摸。单细胞测序分析揭示了焦亡在IVDD中的关键作用。考虑到活性氧(ROS)是细胞焦亡的主要诱因，上海海军医科大学长征医院骨科Jiangang Shi团队开发了碳化含锰纳米点(MCD)作为清除活性氧的催化生物材料，抑制NP细胞的焦亡，以有效缓解IVDD^[2]。与经典抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸相比，催化MCD在清除细胞内ROS和恢复NP微环境中的稳态方面具有更优越的功效。这些数据验证了焦亡在介导催化MCD对氧化应激的保护作用中起着至关重要的作用(图2)。系统的体内评估证实了MCD在挽救穿刺诱导的IVDD大鼠模型中的有效性，进一步证明了它们抑制焦亡的能力。这项研究表明，MCD的多种酶样活性使其成为未来IVDD治疗临床应用的天然抗氧化生物材料。

图2 MCD减轻IVDD期间焦亡的分子机制

3. D-甘露糖通过谷氨酰胺代谢减轻IVDD

IVDD是一种以异质性为特征的多方面疾病，其中NP细胞外基质中分解代谢和合成代谢的平衡起着核心作用。D-甘露糖在多种疾病中具有抗分解代谢特性。然而，它在IVDD中的治疗潜力还有待探索。上海交通大学医学院附属上海市第九人民医院骨科Hai-Rong Tao团队在体内和体外实验中，发现甘露糖通过抑制分解代谢对缓解IVDD具有有效作用^[3]。机制分析表明，甘露糖通过直接靶向Max样蛋白X相互作用蛋白(MondoA)发挥其抗分解代谢作用，导致硫氧还蛋白相互作用蛋白(TXNIP)的上调(图3)。这种上调反过来抑制谷氨酰胺代谢，最终通过抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径实现其抗分解代谢作用。体内实验进一步证明，与椎间盘内注射相比，口服安全浓度的甘露糖可以获得有效的治疗效果。总之，使用甘露糖治疗IVDD具有特殊的临床效用，表明它是一种非常有价值的治疗选择。

图3 甘露糖减轻IVDD的示意图

云克隆不仅可提供椎间盘退变、腰椎椎管狭窄症、第三腰椎横突综合征、椎基底动脉供血不足、椎动脉受压、颈椎病等多种椎骨相关疾病动物模型。还具有多个物种关节软骨细胞和各类骨代谢检测指标及上述TXNIP、MAPK通路等相关产品，可助力广大科研工作者进行代椎骨疾病治疗相关研究。

相关动物模型

椎间盘退变(DDD)大鼠模型

大鼠腹腔麻醉后，取颈后部正中切口，从寰枕关节至第 2 胸椎棘突之间纵向切开皮肤及皮下组织 2～2.5 cm，充分钝性游离颈部各肌肉层至暴露颈椎，由里向外逐层依次完全切断第 2～7 颈椎棘间韧带和棘上韧带，深层的颈夹肌、头颈寰最长肌、颈髂肋肌和头半棘肌，浅层的颈阔肌、颈斜方肌、头颈菱形肌，止血后间断缝合两侧骶棘肌和皮肤，术后连续3d注射青霉素以防感染。

参考文献

[1]Meng Q, Xie E, Sun H, et al. High-Strength Smart Microneedles with "Offensive and Defensive" Effects for Intervertebral Disc Repair. Adv Mater. 2024;36(2):e2305468. (IF=29.4)

[2]Sun K, Yan C, Dai X, et al. Catalytic Nanodots-Driven Pyroptosis Suppression in Nucleus Pulposus for Antioxidant Intervention of Intervertebral Disc Degeneration. Adv Mater. 2024;36(19):e2313248. (IF=29.4)

[3]Dong ZL, Jiao X, Wang ZG, et al. D-mannose alleviates intervertebral disc degeneration through glutamine metabolism. Mil Med Res. 2024;11(1):28. (IF=21.1)