中科院上海高研院魯恒毅、李久盛/湘雅一醫院王運佳《Adv. Mater.》：靶向水凝膠微球精確潤滑和保護軟骨損傷
骨關節炎（OA）是一種常見的退行性關節疾病，其特征是軟骨潤滑減少，導致持續磨損并最終造成不可逆的損傷。為解決這一問題，研究開發了一種抗體介導的靶向潤滑水凝膠微球（T-G/S HMS），具有優異的潤滑性能并能夠精準靶向軟骨局部損傷部位，以阻止骨關節炎早期的進展。
近日，中國科學院上海高等研究院魯恒毅、李久盛團隊與中南大學湘雅醫院王運佳團隊提出一種靶向潤滑策略以應對骨關節炎早期階段的治療難題。該策略利用甲基丙烯酰化明膠（GelMA）和聚甲基丙烯酸磺基甜菜堿（PSBMA）組成的水凝膠微球基質，并在其表面修飾能夠軟骨受損處特異性表達的I型膠原結合的抗體（Anti-Col1），進而制得的靶向水凝膠微球（T-G/S HMS）實現了對軟骨損傷區域的精準靶向和潤滑（圖1）。
圖1. T-G/S HMS 靶向潤滑并防止OA進展的機制
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）。在體外實驗中，該微球能夠顯著聚集于表達I型膠原蛋白的軟骨損傷區域，展現出極高的特異性靶向能力。GelMA/PSBMA復合微球具有良好的親水性，能夠形成穩定的水合層，顯著減少摩擦系數。研究表明，T-G/S HMS的摩擦系數（COF）低至0.020，比標準生理鹽水（PBS）的COF（0.041）降低了51.2%。。通過長時間摩擦測試，T-G/S HMS的摩擦系數至少在連續3小時摩擦時保持穩定，表現出優異的潤滑性能和耐久性，相比傳統的透明質酸（HA）溶液，T-G/S HMS的摩擦系數降低30.3%，表現出更優異的潤滑效果。并且，反復靶向實驗驗證，即使T-G/S HMS在摩擦過程中因剪切力脫靶，其也可重新靶向至損傷區域，進而保證了長時間的潤滑和防護效果。
圖2. 抗體修飾的 HMS 的靶向能力驗證
圖3. T-G/S HMS 的潤滑性能
在生物相容性和體內療效方面，T-G/S HMS展現出顯著的優勢。體外實驗顯示，T-G/S HMS與軟骨細胞共培養后未表現出明顯的細胞毒性（圖4）。在大鼠骨關節炎模型中，注射的T-G/S HMS主要集中在關節腔內，顯著減緩了疾病的進展。實驗數據表明，T-G/S HMS組大鼠的機械痛閾達到了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，這進一步證實了T-G/S HMS在緩解癥狀和改善關節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 OA 大鼠的治療效果
這一通過水凝膠微球實現的靶向潤滑策略為骨關節炎的早期精準治療提供了一種新的路徑。通過靶向軟骨損傷區域，T-G/S HMS能夠顯著降低摩擦系數，并有效延緩疾病的進展。未來，該策略有望在臨床中得到廣泛應用，為骨關節炎的患者帶來新的希望。
該研究成果以“Precise Lubrication and Protection of Cartilage Damage by Targeting Hydrogel Microsphere”為題發表于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湘雅醫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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