本研究由澳大利亚悉尼大学医学院的Kieran Lau博士担任第一作者及通讯作者，联合悉尼大学Charles Perkins中心、悉尼生物制造孵化器以及新南威尔士大学（UNSW Sydney）生物医学工程研究生院的研究团队共同完成。论文发表于生物材料领域知名期刊 *Acta Biomaterialia*，具体发表信息为2026年第218卷，页码323至337，于2026年6月3日在线发表。
水凝胶因其高含水量、可调的力学性能以及良好的生物相容性，在软组织工程领域中被广泛应用。然而，传统的大块水凝胶受限于纳米级孔径结构，在大体积组织缺损修复中常表现出细胞浸润不足、血管化不良以及由异物反应引起的致密纤维囊包裹等问题。近年来，通过将微凝胶嵌入大块水凝胶内部以构建微孔结构，已被证实能够有效促进细胞迁移和支架整合，而无需等待整体材料降解。微凝胶不仅可以提供物理结构支撑，还可作为药物递送载体，负载生物活性分子以提供生化信号，从而实现物理线索与生物化学线索的协同调控。
MCC950是一种选择性的NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）炎症小体抑制剂，可以选择性抑制caspase-1、IL-1β和IL-18等促炎介质的产生，同时保留其他有助于组织修复的免疫通路。尽管MCC950在多种炎症性疾病模型中表现出良好的治疗效果，但其全身给药因肝毒性等副作用而限制了临床应用。因此，局部缓释策略成为MCC950应用的重要方向。
本研究旨在将MCC950封装于丝素蛋白（silk fibroin）微凝胶中，并将该微凝胶嵌入大块丝素水凝胶填充相中，构建一种兼具微孔结构物理线索和局部免疫调节生化线索的复合支架。研究系统评估了该支架的力学性能、药物释放行为、体外免疫调节功能以及在皮下植入模型中的纤维囊形成和细胞浸润情况，并进一步探讨了NLRP3抑制与微孔结构之间的协同效应。
本研究主要包括以下几个实验步骤：丝素蛋白水凝胶的制备与MCC950封装、微凝胶的机械破碎制备、微凝胶-水凝胶复合支架的构建、药物释放与力学性能表征、体外THP-1细胞免疫调节实验以及体内小鼠皮下植入实验。
1. 丝素蛋白水凝胶的制备与MCC950封装优化
研究者从家蚕（*Bombyx mori*）蚕茧中提取再生丝素蛋白溶液。通过将浓缩丝素溶液稀释至1%至6%（w/v）的不同浓度，并加入10 U/mL辣根过氧化物酶（HRP）和2 mM过氧化氢，在室温下化学交联1小时形成水凝胶。MCC950以1、2、5 μg的剂量在交联前混入前体溶液。结果表明，在MCC950存在的情况下，仅4%和6%丝素浓度可形成稳定水凝胶，但6%凝胶在操作时易碎裂，因此4%丝素浓度被选为后续实验的优化条件。MCC950的存在对水凝胶的力学性能、流变学性质以及体外质量稳定性均未产生显著影响。使用碘化丙啶（PI）作为模型药物进行的释放实验显示，药物可从丝素水凝胶中持续释放，且释放曲线随载药量增加呈现更快的初始释放速率。
2. 微凝胶的制备与复合支架构建
采用注射器针头机械破碎法，将4%丝素水凝胶依次通过19G、23G和25G针头各三次，得到不规则形状的丝素微凝胶。随针头规格增大，微凝胶尺寸显著减小且分布更均匀。最终经25G针头破碎后的微凝胶平均面积约为187,119±172,369 μm²。随后，将含或不含MCC950的微凝胶与1%（w/v）丝素填充溶液按2.5 μL/mg的比例混合，并在室温下交联1小时，形成微凝胶-水凝胶复合支架。组织学切片图像证实微凝胶均匀分散于填充相中，填充相占比约为54.8±10.3%，证实了复合支架具有相互连通的微孔结构。
3. 力学性能与药物释放表征
复合支架的压缩模量约为3.6 kPa，与单纯大块水凝胶无显著差异；但含MCC950的复合支架压缩模量升高至5.6 kPa，可能归因于药物负载导致的微凝胶去溶胀和颗粒堆积密度增加。流变学分析显示各组间储能模量和损耗模量无显著差异，表明微凝胶构建和MCC950封装未对大块力学性能产生不利影响。在药物释放实验中，PI从微凝胶-水凝胶复合支架中的释放速度显著慢于大块水凝胶和非包裹微凝胶组，第1天释放量仅为总载药量的约38.5%，而大块水凝胶组为约67.0%。至实验终点，复合支架仅释放了理论载药量的47.1%，表明外层填充水凝胶有效延缓了药物释放。
4. 体外THP-1免疫调节实验
将人源单核细胞白血病THP-1细胞用PMA诱导分化为巨噬细胞样细胞，随后与负载MCC950的支架洗脱液共培养并用LPS刺激。结果显示，MCC950洗脱液能够显著恢复LPS刺激导致的细胞数量下降，且未影响TNF-α的表达，但显著抑制了IL-1β的分泌，证实了MCC950在洗脱后仍保留选择性NLRP3抑制活性。对于微凝胶-水凝胶复合支架，洗脱液同样表现出对IL-1β的显著抑制作用，且在13天的洗脱期间持续保持活性。
5. 体内皮下植入实验
在8至10周龄雄性C57BL/6小鼠背部建立皮下植入模型，每只小鼠植入四种不同支架：含或不含MCC950的大块水凝胶以及含或不含MCC950的微凝胶-水凝胶复合支架。植入14天后取材，进行Masson三色染色以评估纤维囊形成，并通过DAPI染色评估细胞浸润。免疫组织化学染色进一步检测了巨噬细胞极化标志物（CD68、MHC II、CD206）以及NLRP3蛋白的表达。
1. 纤维囊形成
Masson三色染色结果显示，各组支架周围均形成了纤维囊，但厚度存在差异。定量分析表明，含MCC950的微凝胶-水凝胶复合支架周围的纤维囊厚度显著低于不含MCC950的对应支架（p < 0.01）。然而，在大块水凝胶组中，MCC950的加入并未引起纤维囊厚度的显著变化。这一结果提示，微孔结构的物理线索与MCC950的生化线索之间存在协同效应，且MCC950从复合支架中的缓慢释放可能有利于持续抑制异物反应。
2. 细胞浸润
DAPI细胞核计数结果显示，不含MCC950的微凝胶-水凝胶复合支架内的细胞数量显著高于大块水凝胶（p < 0.05）。此外，MCC950的加入在大块水凝胶和复合支架中均显著增加了细胞浸润（p < 0.05），其中含MCC950的复合支架表现出最高的细胞浸润水平。这表明微孔结构为细胞迁移提供了物理通道，而MCC950通过免疫调节进一步促进了细胞的主动迁移或存活。
3. 巨噬细胞极化与NLRP3表达
免疫组织化学分析显示，支架周围区域的巨噬细胞总数在各组间无显著差异。但在含MCC950的复合支架周围，M1型促炎巨噬细胞比例显著降低（p < 0.05），而支架内部M2型抗炎巨噬细胞比例显著增加（p < 0.01）。同时，含MCC950的复合支架周围NLRP3阳性细胞比例显著低于其他各组（p < 0.05至p < 0.01），而支架内部NLRP3表达无显著差异。这提示MCC950通过局部抑制NLRP3炎症小体活性，促使巨噬细胞向M2抗炎表型极化，从而创造了有利于组织重塑的免疫微环境。
本研究成功构建了负载MCC950的丝素微凝胶-水凝胶复合支架，实现了微孔结构物理线索与局部免疫调节生化线索的协同整合。MCC950的封装未对支架力学性能产生明显不利影响，洗脱药物在体外保留了选择性NLRP3抑制活性。体内实验证实，该复合支架能显著减少纤维囊形成并促进细胞浸润，且这一效应与支架周围NLRP3表达下降和巨噬细胞向M2表型极化有关。
本研究的科学价值在于揭示了支架微孔结构与靶向NLRP3抑制之间的协同机制，为理解生物材料物理线索与免疫调节生化线索的交互作用提供了实验依据。在应用层面，该复合支架为软组织工程中的大体积缺损修复提供了一种潜在策略，特别是在需要抑制慢性炎症和纤维化、促进组织再生的场景中具有重要前景。此外，本研究所采用的微凝胶封装策略也为其他免疫调节药物的局部缓释递送提供了通用平台。
本研究的亮点主要体现在三个方面：其一，将选择性NLRP3抑制剂MCC950成功封装于丝素微凝胶中，并通过外层水凝胶屏障实现了药物的缓慢释放；其二，通过体内实验证明物理微孔结构与生化免疫调节之间存在协同效应，单纯依赖任一因素均无法达到最佳的组织整合效果；其三，研究将机械破碎微凝胶与软填充水凝胶相结合，构建了具有可调微孔结构和药物递送功能的复合支架，为软组织工程支架的理性设计提供了新思路。
研究还讨论了MCC950在体内外发挥作用的具体机制。体外实验中，MCC950通过降低LPS刺激导致的细胞焦亡恢复了巨噬细胞活力；体内实验中，MCC950通过减少支架周围NLRP3阳性细胞比例，促使巨噬细胞从M1促炎表型向M2抗炎表型转化。此外，研究者指出，由于无法在1%丝素浓度下形成含MCC950的稳定大块水凝胶，因此无法完全分离支架结构与药物释放动力学的独立贡献，但研究设计仍能在功能层面有效比较复合支架与单一因素的差异。未来研究将进一步探索该支架在更长时间点和更大体积组织缺损模型中的免疫调节与再生效果。