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浙江大學高長有教授/南開大學郭東升教授/上海六院范存義教授 Small：缺氧和基質金屬蛋白酶-13響應的水凝膠微球治療骨關節炎

2023-12-14 來源：高分子科技

水凝膠微粒具有均勻的分散性、較大的比表面積、精確的尺寸控制、多樣化的形狀等優勢，近年來在骨關節炎治療體系的構建中備受關注。在關節內注射治療的應用中，水凝膠微粒可以有效解決小分子藥物和納米材料在注射到關節腔后被快速代謝清除而造成生物利用度低、需要反復注射、副作用大等問題。然而，目前用于骨關節炎治療的水凝膠微粒缺乏自適應性響應炎癥組織微環境的降解和釋放性能。

近日，浙江大學高分子系高長有教授、上海六院范存義教授和南開大學化學學院郭東升教授合作，基于骨關節炎的炎癥缺氧微環境中基質金屬蛋白酶-13（MMP-13）特異性高表達的特點，設計制備了一種具有缺氧和MMP-13響應功能的水凝膠微球。如圖1a所示，作者利用微流控和紫外光交聯技術，以甲基丙烯酰化的磺化偶氮杯[4]芳烴（SAC4A-MA）、甲基丙烯酰化的透明質酸（HA-MA）的碳碳雙鍵和基質金屬蛋白酶-13（MMP-13）敏感肽的雙端巰基之間的聚合反應，制備了尺寸均勻的水凝膠微球，并通過主客體作用裝載抗炎藥物羥氯喹（HCQ），獲得HAM-SA@HCQ。基于SAC4A-MA的疏水性深腔、苯酚結構單元和偶氮鍵，HAM-SA@HCQ具有牢固的藥物裝載能力、優異的活性氧（ROS）清除能力和特異性缺氧響應釋放藥物能力。在骨關節炎組織微環境中，水凝膠微球在高濃度的MMP-13作用下發生響應性降解，并在缺氧條件下釋放HCQ（圖1b），與可清除ROS的杯芳烴協同抑制巨噬細胞的炎癥反應。在注射到大鼠炎癥關節內治療后，HAM-SA@HCQ可顯著降低體內ROS和炎癥因子水平，抑制缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）表達，減少關節軟骨基質流失；通過活性氧清除、MMP-13和缺氧響應釋藥協同治療骨關節炎和重塑組織微環境。

圖1 （a）缺氧和MMP-13響應的HAM-SA@HCQ水凝膠微球的設計和（b）用于骨關節炎治療的原理示意圖。

圖2 水凝膠微球的制備和表征

圖3 水凝膠微球的缺氧響應釋放和抗炎性能

圖4 水凝膠微球的體內治療效果

相關研究以《Hypoxia and Matrix Metalloproteinase 13-Responsive Hydrogel Microspheres Alleviate Osteoarthritis Progression In Vivo》為題發表在《Small》上。本文的第一作者為浙江大學高分子系博士生周同，共同第一作者為上海六院博士生熊浩和南開大學化學學院博士生姚順雨。通訊作者為浙江大學高分子系高長有教授，上海六院范存義教授和南開大學化學學院郭東升教授。該工作得到浙江省重點研發計劃項目（2021C03113）、浙江省自然科學基金項目（LD21E030001)和國家自然科學基金項目（U22A20155）的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202308599

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（責任編輯：xu）

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