中科院上海高研院鲁恒毅、李久盛/湘雅一医院王运佳《Adv. Mater.》：靶向水凝胶微球精确润滑和保护软骨损伤
骨关节炎（OA）是一种常见的退行性关节疾病，其特征是软骨润滑减少，导致持续磨损并最终造成不可逆的损伤。为解决这一问题，研究开发了一种抗体介导的靶向润滑水凝胶微球（T-G/S HMS），具有优异的润滑性能并能够精准靶向软骨局部损伤部位，以阻止骨关节炎早期的进展。
近日，中国科学院上海高等研究院鲁恒毅、李久盛团队与中南大学湘雅医院王运佳团队提出一种靶向润滑策略以应对骨关节炎早期阶段的治疗难题。该策略利用甲基丙烯酰化明胶（GelMA）和聚甲基丙烯酸磺基甜菜碱（PSBMA）组成的水凝胶微球基质，并在其表面修饰能够软骨受损处特异性表达的I型胶原结合的抗体（Anti-Col1），进而制得的靶向水凝胶微球（T-G/S HMS）实现了对软骨损伤区域的精准靶向和润滑（图1）。
图1. T-G/S HMS 靶向润滑并防止OA进展的机制
T-G/S HMS的靶向能力得益于表面修饰的抗I型胶原蛋白抗体（图2）。在体外实验中，该微球能够显著聚集于表达I型胶原蛋白的软骨损伤区域，展现出极高的特异性靶向能力。GelMA/PSBMA复合微球具有良好的亲水性，能够形成稳定的水合层，显著减少摩擦系数。研究表明，T-G/S HMS的摩擦系数（COF）低至0.020，比标准生理盐水（PBS）的COF（0.041）降低了51.2%。。通过长时间摩擦测试，T-G/S HMS的摩擦系数至少在连续3小时摩擦时保持稳定，表现出优异的润滑性能和耐久性，相比传统的透明质酸（HA）溶液，T-G/S HMS的摩擦系数降低30.3%，表现出更优异的润滑效果。并且，反复靶向实验验证，即使T-G/S HMS在摩擦过程中因剪切力脱靶，其也可重新靶向至损伤区域，进而保证了长时间的润滑和防护效果。
图2. 抗体修饰的 HMS 的靶向能力验证
图3. T-G/S HMS 的润滑性能
在生物相容性和体内疗效方面，T-G/S HMS展现出显著的优势。体外实验显示，T-G/S HMS与软骨细胞共培养后未表现出明显的细胞毒性（图4）。在大鼠骨关节炎模型中，注射的T-G/S HMS主要集中在关节腔内，显著减缓了疾病的进展。实验数据表明，T-G/S HMS组大鼠的机械痛阈达到了57.7 ± 28.7，明显高于HA组（37.5 ± 13.1）和G/S HMS组（27.4 ± 18.4）。此外，T-G/S HMS组的大鼠Lequesne MG指数为2.8 ± 1.5，显著低于HA组的6.5 ± 1.9和G/S HMS组的5.8 ± 1.0，这进一步证实了T-G/S HMS在缓解症状和改善关节功能方面的卓越效果（图5）。
图4. T-G/S HMS 的生物相容性
图5. T-G/S HMS 对 OA 大鼠的治疗效果
这一通过水凝胶微球实现的靶向润滑策略为骨关节炎的早期精准治疗提供了一种新的路径。通过靶向软骨损伤区域，T-G/S HMS能够显著降低摩擦系数，并有效延缓疾病的进展。未来，该策略有望在临床中得到广泛应用，为骨关节炎的患者带来新的希望。
该研究成果以“Precise Lubrication and Protection of Cartilage Damage by Targeting Hydrogel Microsphere”为题发表于Advanced Materials期刊，该论文的第一作者为中科院上海高等研究院硕士贺湘茗与中南大学湘雅医院博士研究生何思涵。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202405943
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