骨關節(jié)炎(Osteoarthritis,OA)是一種以關節(jié)軟骨退化和滑膜炎癥為特征的慢性退行性骨骼疾病,會增加軟骨表面摩擦和磨損的風險,嚴重影響患者的生活質(zhì)量。現(xiàn)有療法如抗炎藥物或透明質(zhì)酸注射雖能緩解癥狀,但難以應對關節(jié)內(nèi)復雜的酸性微環(huán)境、氧化應激及深層軟骨修復等挑戰(zhàn),限制了其整體治療效果。因此,亟需開發(fā)一種多模態(tài)治療策略,全面重塑骨關節(jié)炎微環(huán)境并恢復軟骨穩(wěn)態(tài),實現(xiàn)對OA的精準調(diào)控和高效治療。
針對上述問題,研究團隊設計了一系列潤滑性高分子材料以提高關節(jié)腔注射材料的長效穩(wěn)定性和生物功能性,主要包括:兩性離子光熱納米酶(Adv. Mater., 2023, 35, 2303299)、環(huán)刷狀兩性離子聚合物(Mater. Horiz., 2023, 10, 2554-2567)和定制化聚合物盔甲(Mater. Horiz., 2024, 11, 5352-5365。針對關節(jié)炎的復雜微環(huán)境和軟骨天然的電場屏障,研究團隊近期報道了一種具有pH響應性和深層軟骨穿透能力的超分子聚兩性離子納米顆粒(PSBMA-b-PColBP@KGN,PSPK),為骨關節(jié)炎治療提供了全新策略(圖1)。
圖1 超分子聚兩性離子納米顆粒(PSPK NPs)的制備和作用機制示意圖。
PSPK NPs是由兩性離子嵌段共聚物(PSBMA-b-PColBP,PSP)和具有軟骨誘導作用的小分子藥物Kartogenin(KGN)通過超分子組裝得到。這種超分子組裝下的動態(tài)相互作用賦予了納米顆粒pH響應性,在OA弱酸性微環(huán)境(pH 6.0)中,KGN在72 h內(nèi)的釋放率可達到91.60%(圖2)。
圖2 聚合物PSP與藥物分子KGN的組裝過程的分子動力學模擬、TEM圖和pH響應性藥物釋放。
基于兩性離子單元的水合能力,PSPK NPs在高載荷(10.41 MPa)和高頻率(3 Hz)的測試條件下體現(xiàn)了優(yōu)異潤滑性(COF = 0.028)和耐磨性(圖3)。此外,通過尺寸效應、pH響應性電荷轉(zhuǎn)變和對Col II特異性親和力的協(xié)同作用下,PSPK NPs能克服軟骨屏障,在48 h內(nèi)實現(xiàn)約300 μm的軟骨組織滲透,將藥物遞送至軟骨深層。
圖3 PSPK NPs的潤滑性能和軟骨穿透能力。
體內(nèi)研究也證實了PSPK NPs在恢復軟骨穩(wěn)態(tài)方面的潛力,主要表現(xiàn)為骨贅體積的減少、軟骨結(jié)構(gòu)整齊排列以及軟骨基質(zhì)的有效再生(圖4)。總而言之,具有pH響應功能的PSPK NPs有效結(jié)合了穩(wěn)定潤滑性和深層軟骨穿透性,為重塑OA病理微環(huán)境、恢復軟骨穩(wěn)態(tài)提供了一種有效的生物手段。
圖4 PSPK NPs對OA大鼠的體內(nèi)治療作用。
相關研究以“Supramolecular Polyzwitterionic Nanoparticles with Engineered pH-Responsiveness and Cartilage-Penetration for Osteoarthritis Therapy”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上,四川大學李建樹教授和謝婧副研究員、大連理工大學孫文研究員為該論文的共同通訊作者。四川大學高分子學院2022級碩士研究生丁少沛和俞鵬博士為該論文的共同第一作者,該研究成果已授權(quán)中國發(fā)明專利(專利號ZLZL202110412807.6和ZL202110413881.X)。該項工作得到國家自然科學基金(U22A20158、22402022、52473311)和四川省科技計劃項目(2025ZNSFSC0338、2024NSFSC1017)等的支持。
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原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202505638
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