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  骨關(guān)節(jié)炎（Osteoarthritis，OA）是一種高發(fā)的、高致殘率的關(guān)節(jié)疾病，這種疾病的發(fā)病率隨著年齡的增大逐漸增加，而我國正面臨著人口老齡化社會的進程，以此趨勢骨關(guān)節(jié)炎將嚴重影響我國人民的生活質(zhì)量，加重人民和社會的負擔。探索老年骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機理與早期干預手段是21世紀醫(yī)學界亟待解決的課題之一——香山科學會議第701次學術(shù)討論會。

  骨關(guān)節(jié)炎的形成機制復雜，其中關(guān)節(jié)表面的軟骨缺損是一個重要原因。因此，修復受損的關(guān)節(jié)軟骨是治療骨關(guān)節(jié)炎的重要途徑。軟骨是一個特殊的組織，沒有血管和淋巴，缺損之后自我修復的能力很差。修復大面積、不規(guī)則的非全層軟骨缺損是目前臨床治療上的挑戰(zhàn)。

圖1受到老舊汽車噴漆翻新策略的啟發(fā)，設(shè)計了關(guān)節(jié)軟骨可用的新型生物材料，以“關(guān)節(jié)油漆”為名，快捷翻新破損關(guān)節(jié)面，為傷痕累累的軟骨帶來新生

  水凝膠材料由于具有與生物組織相似的物理化學性質(zhì)，被廣泛應用于組織工程和再生醫(yī)學。最近，粘附性水凝膠已成為組織修復、傷口敷料和止血的有力工具，在生物組織、聚合物和金屬表面起到保護層的作用。受到老舊汽車噴漆翻新策略的啟發(fā)，浙江大學歐陽宏偉團隊設(shè)計了一種具有組織黏附力的、抗壓的、細胞親和力強的、而且便于操作的粘附性水凝膠材料體系，用來治療骨關(guān)節(jié)炎中的非全層軟骨缺損。

  一般油漆涂料由成膜物和溶劑組成，加以顏料和一些助劑。成膜物隨著溶劑流動至特定部位，隨著溶劑的揮發(fā)，成膜物發(fā)生聚集或聚合反應，即在物體表面形成了涂層。傳統(tǒng)油漆使用的溶劑多為有機溶劑，成膜物不具有生物相容性，因此不適合生物醫(yī)學的應用。盡管如此，可以借鑒其原理，利用生物相容性良好的仿生軟骨組分來構(gòu)建可用于關(guān)節(jié)軟骨的“油漆”。（圖2）。

圖2 （a）關(guān)節(jié)油漆使用以及化學機理示意圖；（b）GelMA和明膠的核磁共振氫譜；（c）TNBS法測定明膠、低取代GelMA和高取代GelMA中氨基的含量；（d）醛基化CS及其與GelMA作用后的傅里葉變換紅外光譜；（e）GelMA水凝膠及其與醛基化CS作用之后的溶脹曲線圖。

  在新西蘭大白兔動物模型的研究中，研究者們發(fā)現(xiàn)，當軟骨表面受損后，若未經(jīng)任何治療，軟骨基質(zhì)會發(fā)生進一步的退變和降解，而使用“關(guān)節(jié)油漆”處理后則可以保持軟骨的健康，促進損傷軟骨的再生。深入研究后發(fā)現(xiàn)，當軟骨表面受損后，軟骨細胞的凋亡和軟骨基質(zhì)的降解都會越發(fā)嚴重，這可能是軟骨表面缺失后關(guān)節(jié)腔內(nèi)的炎癥因子更容易侵入軟骨基質(zhì)，造成軟骨降解和關(guān)節(jié)炎癥的惡性循環(huán)。而 “關(guān)節(jié)油漆”保護了缺損的軟骨表面，物理阻隔了炎癥因子與軟骨基質(zhì)，切斷了病理進程（圖3）

圖3 兔子關(guān)節(jié)軟骨組織切片的IF染色。

  最后，作者在大動物模型中進一步驗證了關(guān)節(jié)油漆的體內(nèi)修復功能，證明了關(guān)節(jié)油漆在體內(nèi)軟骨修復中的應用潛力（圖4）。

圖4 （a）在體外使用“關(guān)節(jié)油漆”填充豬軟骨表面示意圖；（b）體內(nèi)修復大體圖；（c）SO和H&E組織學染色

  以上工作以“Biomimetic Joint Paint for Efficient Cartilage Repair by Simultaneously Regulating Cartilage Degeneration and Regeneration in Pigs”為題，發(fā)表于《ACS Applied Materials & Interfaces》雜志上（DOI: 10.1021/acsami.1c17629）。本文共同第一作者為浙江大學醫(yī)學院附屬第四醫(yī)院特聘研究員魏威博士，浙江大學愛丁堡大學聯(lián)合學院博士生馬遠矚，浙江大學醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學系博士后張顯著，浙江大學愛丁堡大學聯(lián)合學院博士后周雯艷，通訊作者為浙江大學歐陽宏偉教授。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、浙江省自然科學基金和中國博士后科學基金的資助。

  文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.1c17629