近日，国际校区浙江大学爱丁堡大学联合学院（ZJE）欧阳宏伟教授课题组在ACS Applied Materials & Interfaces杂志上发表“Biomimetic Joint Paint for Efficient Cartilage Repair by Simultaneously Regulating Cartilage Degeneration and Regeneration in Pigs”（DOI: 10.1021/acsami.1c17629）。
骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是一种高发的、高致残率的关节疾病，这种疾病的发病率随着年龄的增大逐渐增加，而我国正面临着人口老龄化社会的进程，以此趋势骨关节炎将严重影响我国人民的生活质量，加重人民和社会的负担。“探索老年骨关节炎的发病机理与早期干预手段是21世纪医学界亟待解决的课题之一”——香山科学会议第701次学术讨论会。
骨关节炎的形成机制复杂，其中关节表面的软骨缺损是一个重要原因。因此，修复受损的关节软骨是治疗骨关节炎的重要途径。软骨是一个特殊的组织，没有血管和淋巴，缺损之后自我修复的能力很差。修复大面积、不规则的非全层软骨缺损是目前临床治疗上的挑战。
图1 受到老旧汽车喷漆翻新策略的启发，设计了关节软骨可用的新型生物材料，以“关节油漆”为名，快捷翻新破损关节面，为伤痕累累的软骨带来新生
水凝胶材料由于具有与生物组织相似的物理化学性质，被广泛应用于组织工程和再生医学。最近，粘附性水凝胶已成为组织修复、伤口敷料和止血的有力工具，在生物组织、聚合物和金属表面起到保护层的作用。受到老旧汽车喷漆翻新策略的启发，欧阳宏伟教授团队设计了一种具有组织黏附力的、抗压的、细胞亲和力强的、而且便于操作的粘附性水凝胶材料体系，用来治疗骨关节炎中的非全层软骨缺损。一般油漆涂料由成膜物和溶剂组成，加以颜料和一些助剂。成膜物随着溶剂流动至特定部位，随着溶剂的挥发，成膜物发生聚集或聚合反应，即在物体表面形成了涂层。传统油漆使用的溶剂多为有机溶剂，成膜物不具有生物相容性，因此不适合生物医学的应用。尽管如此，课题组可以借鉴其原理，利用生物相容性良好的仿生软骨组分来构建可用于关节软骨的“油漆”（见图2）。
图2 （a）关节油漆使用以及化学机理示意图
在新西兰大白兔动物模型的研究中，课题组发现，当软骨表面受损后，若未经任何治疗，软骨基质会发生进一步的退变和降解，而使用“关节油漆”处理后则可以保持软骨的健康，促进损伤软骨的再生。深入研究后发现，当软骨表面受损后，软骨细胞的凋亡和软骨基质的降解都会越发严重，这可能是软骨表面缺失后关节腔内的炎症因子更容易侵入软骨基质，造成软骨降解和关节炎症的恶性循环。而 “关节油漆”保护了缺损的软骨表面，物理阻隔了炎症因子与软骨基质，切断了病理进程。
最后，课题组在大动物模型中进一步验证了关节油漆的体内修复功能，证明了关节油漆在体内软骨修复中的应用潜力（见图3）。
图3 （a）在体外使用“关节油漆”填充猪软骨表面示意图；（b）体内修复大体图；（c）SO和H&E组织学染色
本文共同第一作者为ZJE博士后魏威博士、ZJE博士生马远瞩、浙江大学基础医学院博士后张显著、ZJE博士后周雯艳，通讯作者为欧阳宏伟教授。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。
课题组介绍
欧阳宏伟教授，作为课题组长期从事干细胞与骨、软骨、肌腱组织的再生研究，突破了骨软骨组织自愈能力低下的难题，发明了“骨软骨原位修复与再生技术”，建立和实践了组织工程要素的三条临床转化途径，即自体细胞/因子浓集治疗技术、支架材料器械产品和细胞材料复合移植技术。
课题组网页：http://person.zju.edu.cn/en/ouyanghongwei；招聘主观能动性强的博后。
魏威博士，2018年3月-2020年12月于ZJE从事博士后研究，主要研究方向为生物材料和软骨修复。出站去向：浙江大学医学院附属第四医院特聘研究员。个人主页：person.zju.edu.cn/wwei
（内容来源于浙江大学基础医学院公众号，责任编辑：李亦楠）