Nature Communications | 深圳先进院李光林/唐为研究团队等提出原位释氢调控衰老微环境促老龄骨修复的策略

       （原文链接Local H2 release remodels senescence microenvironment for improved repair of injured bone | Nature Communications）

       近年来，人口老龄化日益加剧，老龄化不仅直接导致了对组织修复材料和制品的巨大需求。值得关注的是，老龄患者的组织损伤伴有衰老相关变化，衰老细胞发生DNA损伤、线粒体功能障碍、过度氧化应激反应等现象，且大量表达衰老相关分泌因子（Senescence-Associated Secretory Phenotype，SASP），如炎症因子、趋化因子、基质降解蛋白酶等，严重制约组织再生修复效果。尽管一系列抗衰老药物被报道，但均具有半衰期短、系统性毒副作用、有效性不足（不同细胞对药物的敏感程度不一）等问题。目前国内外缺乏针对改善衰老微环境的组织修复材料。 

       近日，集成所神经工程中心李光林/唐为研究团队联合上海交通大学氢科学中心何前军教授、华东理工大学刘昌胜院士在Nature Communications发表了题为Local H2 release remodels senescence microenvironment for improved repair of injured bone 的文章，共同提出了原位长效释氢阻止衰老进程、重塑老龄组织修复能效的策略，并系统探究了氢分子对于老龄骨组织中三类关键细胞（干细胞、巨噬细胞、骨细胞）衰老行为的影响。研究发现，氢分子具有广谱抗衰老效应，并展现出明显的SASP抑制效应（senomorphics）和一定程度的衰老细胞清除效应（senolytics）。基于此，团队设计、开发了一种具有高产氢率（911 mL/g）、良好生物相容性的硅化钙纳米材料（CaSi₂，CSN），采用静电电喷策略以可降解聚合物聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoate，PHA）为载体，将CSN与PHA电喷于介孔活性玻璃（Mesoporous Bioactive Glass，MBG）支架上，实现了体内原位超1周释氢，且较传统注射等量富氢水释氢量高46000倍。体内原位释氢显著性减缓了修复过程中多细胞衰老进程，介导衰老巨噬细胞抑炎极化和干细胞活性与功能维持，促进老龄骨缺损衰老与炎症叠加的病理微环境向促再生方向转化，有效实现24月龄老龄小鼠临界股骨缺损修复。 

       中国科学院深圳先进技术研究院、上海交通大学与华东理工大学为该论文共同通讯单位。中国科学院深圳先进技术研究院为论文完成单位。该工作也得到了中国科学院人机智能协同系统重点实验室、国家自然科学基金基础科学中心项目、广东省自然科学基金、深圳市科创委基础研究项目、中国科学院青年创新促进会、博士后创新人才支持计划和上海交通大学氢科学中心等的资助。 

图1：氢分子对老龄骨组织中干细胞、巨噬细胞和骨细胞均具有显著抗衰老效应

图2：原位释氢支架CSN@PHA-MBG有效实现了24月龄老龄鼠临界骨缺损修复