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中科院上海高研院魯恒毅、李久盛/湘雅一醫(yī)院王運(yùn)佳《Adv. Mater.》：靶向水凝膠微球精確潤(rùn)滑和保護(hù)軟骨損傷
2024-08-26  來(lái)源：高分子科技
關(guān)鍵詞：水凝膠微球 軟骨損傷

  骨關(guān)節(jié)炎（OA）是一種常見(jiàn)的退行性關(guān)節(jié)疾病，其特征是軟骨潤(rùn)滑減少，導(dǎo)致持續(xù)磨損并最終造成不可逆的損傷。為解決這一問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)了一種抗體介導(dǎo)的靶向潤(rùn)滑水凝膠微球（T-G/S HMS），具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性能并能夠精準(zhǔn)靶向軟骨局部損傷部位，以阻止骨關(guān)節(jié)炎早期的進(jìn)展。


  近日，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院魯恒毅、李久盛團(tuán)隊(duì)與中南大學(xué)湘雅醫(yī)院王運(yùn)佳團(tuán)隊(duì)提出一種靶向潤(rùn)滑策略以應(yīng)對(duì)骨關(guān)節(jié)炎早期階段的治療難題。該策略利用甲基丙烯；髂z（GelMA）和聚甲基丙烯酸磺基甜菜堿（PSBMA）組成的水凝膠微球基質(zhì)，并在其表面修飾能夠軟骨受損處特異性表達(dá)的I型膠原結(jié)合的抗體（Anti-Col1），進(jìn)而制得的靶向水凝膠微球（T-G/S HMS）實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟骨損傷區(qū)域的精準(zhǔn)靶向和潤(rùn)滑（圖1）。


圖1. T-G/S HMS 靶向潤(rùn)滑并防止OA進(jìn)展的機(jī)制


  T-G/S HMS的靶向能力得益于表面修飾的抗I型膠原蛋白抗體（圖2）。在體外實(shí)驗(yàn)中，該微球能夠顯著聚集于表達(dá)I型膠原蛋白的軟骨損傷區(qū)域，展現(xiàn)出極高的特異性靶向能力。GelMA/PSBMA復(fù)合微球具有良好的親水性，能夠形成穩(wěn)定的水合層，顯著減少摩擦系數(shù)。研究表明，T-G/S HMS的摩擦系數(shù)（COF）低至0.020，比標(biāo)準(zhǔn)生理鹽水（PBS）的COF（0.041）降低了51.2%。。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間摩擦測(cè)試，T-G/S HMS的摩擦系數(shù)至少在連續(xù)3小時(shí)摩擦?xí)r保持穩(wěn)定，表現(xiàn)出優(yōu)異的潤(rùn)滑性能和耐久性，相比傳統(tǒng)的透明質(zhì)酸（HA）溶液，T-G/S HMS的摩擦系數(shù)降低30.3%，表現(xiàn)出更優(yōu)異的潤(rùn)滑效果。并且，反復(fù)靶向?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證，即使T-G/S HMS在摩擦過(guò)程中因剪切力脫靶，其也可重新靶向至損傷區(qū)域，進(jìn)而保證了長(zhǎng)時(shí)間的潤(rùn)滑和防護(hù)效果。


圖2. 抗體修飾的 HMS 的靶向能力驗(yàn)證


圖3. T-G/S HMS 的潤(rùn)滑性能


  在生物相容性和體內(nèi)療效方面，T-G/S HMS展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。體外實(shí)驗(yàn)顯示，T-G/S HMS與軟骨細(xì)胞共培養(yǎng)后未表現(xiàn)出明顯的細(xì)胞毒性（圖4）。在大鼠骨關(guān)節(jié)炎模型中，注射的T-G/S HMS主要集中在關(guān)節(jié)腔內(nèi)，顯著減緩了疾病的進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，T-G/S HMS組大鼠的機(jī)械痛閾達(dá)到了57.7 ± 28.7，明顯高于HA組（37.5 ± 13.1）和G/S HMS組（27.4 ± 18.4）。此外，T-G/S HMS組的大鼠Lequesne MG指數(shù)為2.8 ± 1.5，顯著低于HA組的6.5 ± 1.9和G/S HMS組的5.8 ± 1.0，這進(jìn)一步證實(shí)了T-G/S HMS在緩解癥狀和改善關(guān)節(jié)功能方面的卓越效果（圖5）。


圖4. T-G/S HMS 的生物相容性


圖5. T-G/S HMS 對(duì) OA 大鼠的治療效果


  這一通過(guò)水凝膠微球?qū)崿F(xiàn)的靶向潤(rùn)滑策略為骨關(guān)節(jié)炎的早期精準(zhǔn)治療提供了一種新的路徑。通過(guò)靶向軟骨損傷區(qū)域，T-G/S HMS能夠顯著降低摩擦系數(shù)，并有效延緩疾病的進(jìn)展。未來(lái)，該策略有望在臨床中得到廣泛應(yīng)用，為骨關(guān)節(jié)炎的患者帶來(lái)新的希望。


  該研究成果以“Precise Lubrication and Protection of Cartilage Damage by Targeting Hydrogel Microsphere”為題發(fā)表于Advanced Materials期刊，該論文的第一作者為中科院上海高等研究院碩士賀湘茗與中南大學(xué)湘雅醫(yī)院博士研究生何思涵。


  原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202405943


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