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2025年3月19日，国际学术期刊Nature Communications在线发表了边黎明教授课题组以“Recapitulating hypoxic metabolism in cartilaginous organoids via adaptive cell-matrix interactions enhances histone lactylation and cartilage regeneration”为题的研究成果。香港中文大学杨伯光博士、李卓和阳正盟博士为共同第一作者，华南理工大学边黎明教授、张琨雨副教授，香港中文大学魏涛教授为共同通讯作者。

水凝胶已被广泛研究用于模拟细胞外基质（ECM）的生物物理特性，作为治疗性细胞的递送载体，用于修复关节软骨等受损软组织。然而，传统共价交联水凝胶通常网络动态性有限，无法适应封装细胞快速增殖和大量聚集过程中涉及的显著体积变化，这限制了软骨类器官的形成及软骨修复的效果。间充质基质/干细胞（MSCs）作为软骨修复的理想细胞来源，其软骨分化过程需要发育促进性基质生物物理信号的复杂调控。间充质凝聚（mesenchymal condensation）是软骨模板发育的关键早期事件，在这一过程中，分散的前体细胞会快速重组周围中胚层细胞外基质（ECM），通过高密度增殖聚集形成软骨生成所必需的缺氧微环境。因此，开发具有超动态细胞适应结构的水凝胶（HA-TP），以促进封装间充质干细胞（MSCs）的间充质凝聚和缺氧代谢，对于构建软骨类器官和实现软骨再生具有重要意义。

基于此，研究团队研发了一种通过主客体络合作用物理交联的超动态水凝胶。通过模拟软骨发育过程中的间充质凝聚现象，HA-TP水凝胶能显著促进细胞类器官的形成，从而构建缺氧局部微环境并驱动代谢转换，最终导致封装的hMSCs中乳酸积累增加和组蛋白乳酰化修饰增强。增强的组蛋白乳酰化修饰能够促进超动态水凝胶中封装的hMSCs向软骨方向分化。

细胞适应性的动态水凝胶网络促进封装细胞完成发育必需的凝聚过程与代谢重编程，从而增强软骨器官形成的示意图

本研究揭示了设计具有细胞适应性的动态水凝胶网络的关键重要性——该网络能够促进封装细胞实现发育必需的凝聚过程和代谢重编程，从而增强软骨器官的形成并推动原位组织再生。（通讯员/边黎明、张琨雨教授课题组）

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-57779-6#Abs1