骨關(guan) 節炎（Osteoarthritis，OA）是一種高發的、高致殘率的關(guan) 節疾病，這種疾病的發病率隨著年齡的增大逐漸增加，而我國正麵臨(lin) 著人口老齡化社會(hui) 的進程，以此趨勢骨關(guan) 節炎將嚴(yan) 重影響我國人民的生活質量，加重人民和社會(hui) 的負擔。探索老年骨關(guan) 節炎的發病機理與(yu) 早期幹預手段是21世紀醫學界亟待解決(jue) 的課題之一——香山科學會(hui) 議第701次學術討論會(hui) 。
骨關(guan) 節炎的形成機製複雜，其中關(guan) 節表麵的軟骨缺損是一個(ge) 重要原因。因此，修複受損的關(guan) 節軟骨是治療骨關(guan) 節炎的重要途徑。軟骨是一個(ge) 特殊的組織，沒有血管和淋巴，缺損之後自我修複的能力很差。修複大麵積、不規則的非全層軟骨缺損是目前臨(lin) 床治療上的挑戰。
圖1受到老舊汽車噴漆翻新策略的啟發，設計了關(guan) 節軟骨可用的新型生物材料，以“關(guan) 節油漆”為(wei) 名，快捷翻新破損關(guan) 節麵，為(wei) 傷(shang) 痕累累的軟骨帶來新生
水凝膠材料由於(yu) 具有與(yu) 生物組織相似的物理化學性質，被廣泛應用於(yu) 組織工程和再生醫學。最近，粘附性水凝膠已成為(wei) 組織修複、傷(shang) 口敷料和止血的有力工具，在生物組織、聚合物和金屬表麵起到保護層的作用。受到老舊汽車噴漆翻新策略的啟發，浙江大學歐陽宏偉(wei) 團隊設計了一種具有組織黏附力的、抗壓的、細胞親(qin) 和力強的、而且便於(yu) 操作的粘附性水凝膠材料體(ti) 係，用來治療骨關(guan) 節炎中的非全層軟骨缺損。
一般油漆塗料由成膜物和溶劑組成，加以顏料和一些助劑。成膜物隨著溶劑流動至特定部位，隨著溶劑的揮發，成膜物發生聚集或聚合反應，即在物體(ti) 表麵形成了塗層。傳(chuan) 統油漆使用的溶劑多為(wei) 有機溶劑，成膜物不具有生物相容性，因此不適合生物醫學的應用。盡管如此，我們(men) 可以借鑒其原理，利用生物相容性良好的仿生軟骨組分來構建可用於(yu) 關(guan) 節軟骨的“油漆”。（圖2）。
圖2 （a）關(guan) 節油漆使用以及化學機理示意圖；（b）GelMA和明膠的核磁共振氫譜；（c）TNBS法測定明膠、低取代GelMA和高取代GelMA中氨基的含量；（d）醛基化CS及其與(yu) GelMA作用後的傅裏葉變換紅外光譜；（e）GelMA水凝膠及其與(yu) 醛基化CS作用之後的溶脹曲線圖
在新西蘭(lan) 大白兔動物模型的研究中，研究者們(men) 發現，當軟骨表麵受損後，若未經任何治療，軟骨基質會(hui) 發生進一步的退變和降解，而使用“關(guan) 節油漆”處理後則可以保持軟骨的健康，促進損傷(shang) 軟骨的再生。深入研究後發現，當軟骨表麵受損後，軟骨細胞的凋亡和軟骨基質的降解都會(hui) 越發嚴(yan) 重，這可能是軟骨表麵缺失後關(guan) 節腔內(nei) 的炎症因子更容易侵入軟骨基質，造成軟骨降解和關(guan) 節炎症的惡性循環。而 “關(guan) 節油漆”保護了缺損的軟骨表麵，物理阻隔了炎症因子與(yu) 軟骨基質，切斷了病理進程（圖3）
圖3 兔子關(guan) 節軟骨組織切片的IF染色。
最後，作者在大動物模型中進一步驗證了關(guan) 節油漆的體(ti) 內(nei) 修複功能，證明了關(guan) 節油漆在體(ti) 內(nei) 軟骨修複中的應用潛力（圖4）。
圖4 （a）在體(ti) 外使用“關(guan) 節油漆”填充豬軟骨表麵示意圖；（b）體(ti) 內(nei) 修複大體(ti) 圖；（c）SO和H&E組織學染色
以上工作以“Biomimetic Joint Paint for Efficient Cartilage Repair by Simultaneously Regulating Cartilage Degeneration and Regeneration in Pigs”為(wei) 題，發表於(yu) 《ACS Applied Materials & Interfaces》雜誌上（DOI: 10.1021/acsami.1c17629）。本文共同第一作者為(wei) 浙江大學醫學院附屬第四醫院特聘研究員魏威博士，浙江大學愛丁堡大學聯合學院博士生馬遠矚，浙江大學醫學院基礎醫學係博士後張顯著，浙江大學愛丁堡大學聯合學院博士後周雯豔，通訊作者為(wei) 浙江大學歐陽宏偉(wei) 教授。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、浙江省自然科學基金和中國博士後科學基金的資助。
文章來源：高分子科學前沿
責任編輯：雷達
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