四川大学李建树教授/谢婧副研究员团队《Mater. Horiz.》：定制化聚合物盔甲增强骨关节炎治疗效果

2024-08-19 来源：高分子科技

骨关节炎是一种退行性关节疾病，软骨润滑功能的丧失的其主要特征之一。聚电解质材料能够通过其强亲水性提供水合润滑性能。然而，炎症关节内的复杂微环境(降解酶、自由基、炎症因子等)会破坏聚合物链的化学结构，影响材料的长效稳定性，因此提升材料的炎症微环境适应性对重塑关节润滑性能和治疗骨关节炎非常重要。

四川大学李建树教授/谢婧副研究院团队长期致力于润滑性骨关节炎治疗材料的研发，前期工作中，他们设计了两性离子光热纳米酶(内源性补充润滑功能，Advanced Materials, 2023, 35, 2303299)、环刷两性离子聚合物（双药物递送，Materials Horizons, 2023, 10, 2554-2567）、软骨仿生水凝胶(ACS Applied Materials & Interfaces)、软骨靶向多糖（Carbohydrate Polymers, 2021, 274, 118672）、酶抗性关节黏补剂(Journal of Materials Chemistry B, 2022,10, 4479-4490)等一系列生物材料。受润滑素分子结构域和润滑域的分子结构启迪，该研究团队近期提出“定制化分子盔甲”策略，为受损的关节软骨提供稳定的抗降解、润滑、抗氧化等功能。在不使用任何药物的前提下，该盔甲分子的骨关节炎治疗效果优于许多已报道的纯材料体系、抗炎药物和透明质酸，与药物递送体系相当。

图1 盔甲分子的设计思路与主要功能。

具有弱相互作用的物理盔甲和普适性反应活性的化学盔甲无法抵御降解酶(II型胶原酶和透明质酸酶)对软骨细胞的破坏作用(细胞凋亡、坏死等)（图2）。因此，研究人员采用II型胶原结合肽接枝聚合物，增强与软骨基质的特异性相互作用，构建更致密的定制化水合盔甲，在细胞、动物实验中都体现了优异的抗降解性能（图3）。

图2 物理、化学盔甲在抗降解功能方面失效。

图3 定制化盔甲通过靶向结合实现优异的抗降解性能。

在股骨头软骨表面的定制化盔甲具有稳定的靶向润滑性能，在500次循环摩擦测试测试中，其摩擦系数低于0.013，可以有效避免软骨表面磨损(图4)。

图4 定制化盔甲具有稳定的靶向润滑功能。

盔甲分子通过抗氧化酶模拟活性和激活自噬反应协同性，有效清除细胞内的活性氧、NO和活性氮(图5)，为软骨细胞的生存提供更优良的微环境。

图5 盔甲分子的抗氧化性能

通过激活自噬反应，该盔甲分子可以抑制PI3K/Akt和NF-κB信号通路，促进软骨细胞在炎症环境中蛋白多糖和II型胶原等软骨基质(图6)，为软骨的结构和功能的重塑提供基础。

图6 生信分析和胞外基质分泌表征结果

在动物模型中，该定制化盔甲在抑制骨赘生成、软骨结构与组成重塑等方面均具有优异的性能（图7、图8）。以OARSI评分的相对变化为治疗效果评估治疗，这种策略治疗效果相较于已报道的许多体系具有突破性，能够为骨关节炎或者其他炎症疾病治疗提供新思路。

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图7 骨关节炎治疗流程与结果。

图8 治疗效果的全面评估与机理分析。

相关研究以“Inspired by lubricin: a tailored cartilage-armor with durable lubricity and autophagy-activated antioxidation for targeted therapy of osteoarthritis”为题发表在Materials Horizons上。文章的共同通讯作者为李建树教授和谢婧副研究员，第一作者为俞鹏博士。该研究得到国家金杰出青年基金（51925304）和国家自然科学基金（52073191, U22A20158和52203180）等支持。

课题组主页链接：https://jianshu-scugroup.com

文章链接：https://doi.org/10.1039/D4MH00812J

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（责任编辑：xu）

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