本文介绍了一项关于利用抗氧化纳米酶微针（microneedles, MNs）结合干细胞进行原位子宫内膜修复的研究。该研究由Yujuan Zhu、Shiyuan Li、Yifan Li、Hui Tan、Yuanjin Zhao和Lingyun Sun等作者共同完成，发表于2022年6月的《Chemical Engineering Journal》期刊上。研究团队来自南京大学医学院附属鼓楼医院、深圳儿童医院、东南大学和中国科学院等多家机构。
子宫内膜损伤是女性生殖健康中的常见问题，可能导致不孕、反复流产等严重后果。尽管干细胞疗法在子宫内膜修复中显示出潜力，但其治疗效果受到干细胞归巢效率低、局部注射创伤大以及细胞在损伤部位存活时间短等问题的限制。此外，损伤部位的过量活性氧（reactive oxygen species, ROS）环境进一步削弱了干细胞的修复能力。因此，开发一种能够有效递送干细胞并清除ROS的工程化治疗方法具有重要意义。
本研究提出了一种新型的抗氧化纳米酶微针系统，结合了干细胞和纳米酶的双重功能。微针由甲基丙烯酰化明胶（gelatin methacryloyl, GelMA）制成，具有生物相容性和可降解性。纳米酶（cerium oxide, CeO2）被加载在微针的背层，而干细胞则被加载在微针的尖端。这种设计使得微针能够穿透子宫内膜的功能层，达到基底层，并以微创、无痛的方式递送干细胞和纳米酶。
研究的主要步骤包括： 1. 微针的制备：通过负模复制法制备微针，GelMA溶液作为微针的基底和尖端材料。干细胞和纳米酶分别加载到微针的尖端和背层。 2. 纳米酶的表征：通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和能量色散X射线光谱（EDS）对纳米酶进行表征，确认其直径为6纳米，并具有良好的稳定性。 3. 微针的机械性能优化：通过调整GelMA溶液的浓度，优化微针的机械强度，使其能够耐受高达0.3 N的轴向力，确保其能够穿透子宫内膜。 4. 干细胞的存活率测试：通过活/死细胞染色实验，验证干细胞在微针尖端中的高存活率，即使在培养一个月后仍保持较高的活性。 5. 抗氧化性能评估：通过检测纳米酶对ROS的清除能力，验证其抗氧化活性。结果表明，CeO2纳米酶能够显著清除超氧阴离子（·O2）、羟基自由基（·OH）和过氧化氢（H2O2）。 6. 动物模型实验：在大鼠子宫内膜损伤模型中，应用微针系统进行修复治疗。结果显示，微针系统显著促进了子宫内膜的平滑肌再生和新生血管形成，并且能够支持胚胎在修复部位的植入和存活。
研究结果表明，加载了干细胞的微针系统能够显著促进子宫内膜的形态和功能重建。具体表现为： 1. 子宫内膜厚度增加：经过90天的治疗，微针/干细胞组的子宫内膜厚度显著高于自发再生组和仅使用微针组，且与正常组无显著差异。 2. 平滑肌再生：免疫组化结果显示，微针/干细胞组的平滑肌纤维在损伤部位形成了闭合环，显著优于其他组。 3. 新生血管形成：微针/干细胞组在损伤部位的新生血管密度显著高于其他组，表明其促进了血管再生。 4. 胚胎植入和存活：微针/干细胞组的子宫内膜能够支持胚胎的植入，并且在妊娠晚期保持胚胎的存活，显著提高了妊娠率。
本研究开发了一种多功能微针系统，结合了干细胞和纳米酶的双重功能，能够有效促进子宫内膜的形态和功能重建。该微针系统具有抗氧化活性、高细胞存活率和快速降解能力，能够以微创方式递送干细胞和纳米酶，显著提高了子宫内膜修复的效果。研究结果表明，这种微针系统不仅能够促进子宫内膜的形态重建，还能够恢复其生殖功能，具有广泛的应用前景。
本研究为子宫内膜损伤的治疗提供了一种新的工程化方法，具有重要的科学和应用价值。通过结合干细胞、纳米酶和微针技术，该研究为组织修复和再生医学领域提供了新的思路和方法，展示了纳米技术与生物材料在医学应用中的巨大潜力。