軟骨是一種無血管、無神經(jīng)的組織，自我修復(fù)能力極其有限，這使得軟骨在受損后很難實現(xiàn)完全再生和功能恢復(fù)。由于缺乏血液供應(yīng)和細(xì)胞增殖來源，軟骨一旦受到損傷或發(fā)生退行性病變（如骨關(guān)節(jié)炎），通常會導(dǎo)致長期的疼痛、僵硬和活動受限。在這種病理條件下，軟骨細(xì)胞面臨顯著的能量應(yīng)激，具體表現(xiàn)為細(xì)胞代謝功能紊亂和ATP水平下降，這進(jìn)一步影響了細(xì)胞分化和基質(zhì)合成。盡管在物理治療、藥物干預(yù)和外科手術(shù)等方面取得了一些進(jìn)展，但這些治療手段往往無法實現(xiàn)長期、有效的軟骨再生。因此，探索新的、有效的治療方法來應(yīng)對軟骨再生的挑戰(zhàn)變得至關(guān)重要。

細(xì)胞的正常分化和合成活動需要充足的生物能量供應(yīng)，特別是在組織修復(fù)和再生過程中。軟骨細(xì)胞的功能以及細(xì)胞外基質(zhì)的合成都依賴于ATP等能量分子。然而，在軟骨病變或修復(fù)過程中，細(xì)胞代謝失調(diào)和線粒體功能減弱是常見現(xiàn)象，這限制了能量的生產(chǎn)和利用，致使修復(fù)進(jìn)程緩慢或停滯不前。雖然研究表明能量代謝在組織再生中具有重要作用，但目前通過調(diào)控細(xì)胞能量代謝來促進(jìn)軟骨再生的研究相對較少。現(xiàn)有的研究在這方面取得的進(jìn)展有限，迫切需要創(chuàng)新的策略來支持和維持細(xì)胞的生物能量供應(yīng)，以提高再生效果。

在探索軟骨再生的新途徑中，外泌體逐漸被視為一種具有巨大潛力的生物載體。外泌體是由細(xì)胞分泌的微小囊泡，攜帶著多種生物活性分子，如蛋白質(zhì)、RNA和脂質(zhì)，這使得它能夠調(diào)節(jié)受體細(xì)胞的功能和代謝活動。特別是生物能活性外泌體（如Suc-EXO）的開發(fā)，展示了在增強細(xì)胞能量代謝方面的顯著潛力。這類外泌體通過提高ATP含量和支持線粒體功能，能夠持續(xù)為細(xì)胞提供能量，激活相關(guān)的代謝途徑，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化和合成功能。

基于此，本研究開發(fā)了Suc-EXO，旨在通過提高細(xì)胞能量代謝來促進(jìn)軟骨再生。Suc-EXO的ATP含量比普通外泌體高5.42倍，能夠為細(xì)胞提供持續(xù)的能量支持，并激活三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）。在體外實驗中，Suc-EXO通過P2X7受體介導(dǎo)的PI3K-AKT信號通路，促進(jìn)了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSC）的軟骨分化。同時，它通過P2X7-SIRT3信號通路提高了軟骨細(xì)胞的線粒體功能和合成代謝。為了驗證其在體內(nèi)的效果，研究團(tuán)隊在兔軟骨缺損模型中測試了Suc-EXO與水凝膠的組合應(yīng)用。結(jié)果表明，該處理顯著促進(jìn)了軟骨再生，II型膠原蛋白和蛋白多糖核心蛋白的表達(dá)水平分別增加了2.26倍和1.53倍。此外，Suc-EXO減少了炎癥因子的表達(dá)，提升了軟骨穩(wěn)態(tài)的維持能力。這些結(jié)果表明，Suc-EXO通過調(diào)控能量代謝，為軟骨再生和穩(wěn)態(tài)維護(hù)提供了一種有前景的治療策略，具有潛在的臨床轉(zhuǎn)化價值。

圖1  Suc-EXO促進(jìn)軟骨再生和穩(wěn)態(tài)維持的潛在機(jī)制

圖2  比較Suc-EXO在 PBS 和 hHA/oALG 水凝膠中保留的效果

為了比較Suc-EXO在 PBS 和 hHA/oALG 水凝膠中保留的效果，使用生物科技有限公司的AniView Kirin 小動物活體三維成像系統(tǒng)拍攝了PKH67 標(biāo)記的Suc-EXO在體內(nèi)的熒光成像。結(jié)果表明，與簡單的 PBS 溶液相比，hHA/oALG 水凝膠顯著提高了外泌體在組織中的滯留時間。水凝膠有助于外泌體在體內(nèi)的穩(wěn)定釋放和長期存在，這對于實現(xiàn)持久的生物活性和促進(jìn)軟骨再生具有重要意義。