近期，重庆医科大学黄伟/罗小辑主任和上海交大崔文国教授联合团队通过非共价相互作用将负载塞来昔布（CLX）的阳离子脂质体分散在透明质酸（HA）动态共价交联水凝胶中，从而构建了兼具剪切响应性边界润滑作用和抗炎作用的可注射、自愈合水凝胶，并用于骨关节炎软骨损伤修复。

 

01研究内容简介

 

良好的润滑对生物界面（如关节软骨、皮肤等）的正常运作至关重要，而生物润滑失效将会导致生物界面的摩擦系数（COF）增加，从而引发一系列的并发症（如骨关节炎、干皮病等）。水凝胶是一种能吸收和保存大量水的具有三维网络结构的柔软材料，能在表面形成流体润滑膜，并在摩擦过程中通过膜内压支持载荷，避免摩擦表面的直接接触，从而降低摩擦系数。由于其良好的生物相容性，水凝胶被广泛应用于生物界面润滑当中。然而，水凝胶的力学强度通常较低，在高负载的生物摩擦界面中（如关节面）容易发生严重的变形，表面及内部的水分容易被挤出，流体润滑膜无法维持，从而导致润滑性能降低。因此，如何提高水凝胶在关节等摩擦界面中的润滑性能是当下急需突破的瓶颈。

 

既往研究发现，在水凝胶中掺入脂质体能够在表面形成边界润滑层，进而发挥润滑作用。然而，当表面的边界润滑层在剪切作用下遭到破坏时，其润滑性能将大大下降。该研究通过席夫碱反应将醛基化透明质酸（HA-CHO）和胺化透明质酸（HA-ADH）进行结合，形成以亚胺键为交联结构的HA水凝胶，进一步与负载塞来昔布（CLX）的阳离子脂质体进行非共价结合，从而构建了兼具剪切响应性边界润滑作用和抗炎作用的脂质体-透明质酸水凝胶（CLX@Lipo@HA-gel），为生物润滑和骨关节炎的治疗提供了一种新思路。（图1）

 

 

图1：（A）CLX@Lipo@HA-gel的制备过程；（B）CLX@Lipo@HA-gel的应用

 

研究结果显示，利用薄膜分散法制备的脂质体呈椭圆囊状结构，具有良好的分散性，且带正电。将HA-CHO、HA-ADH以及脂质体进行混合，发现该混合体系能够在常温下迅速成胶，并且通过SEM能够在表面可以观察到散在的大小不一的脂质体微储蓄池。此外，该水凝胶还具有良好的可注射性，并显示出典型的剪切稀化行为，提示该水凝胶的网络拓扑结构能够在剪切作用下发生改变，这将有助于脂质体微储蓄池在水凝胶网络中迁移。（图2）

 

 

图2：（A）脂质体的TEM图；（B）脂质体的粒径分布图；（C）脂质体的Zeta电位图；（D）HA-CHO、HA-ADH、脂质体、Lipo@HA-pregel 和 Lipo@HA-gel；（E）Lipo@HA-gel的激光共聚焦图像；（F）Lipo@HA-gel 的 Z-stack 荧光图像；（G）HA-gel的SEM图；（H）Lipo@HA-gel 的SEM图；（I）Lipo@HA-gel的注射器注射实验；（J）Lipo@HA-gel在不同剪切速率下的粘度

 

该研究在相同条件下对PBS、HA-gel和Lipo@HA-gel进行了摩擦实验，发现Lipo@HA-gel具有良好的润滑性能，并且能够响应剪切将内部的脂质体微储蓄池暴露于表面形成边界润滑层，进而在发挥稳定的润滑作用。（图3）

 

 

图3：（A）PBS、HA-gel和 Lipo@HA-gel的COF-时间曲线；（B）PBS、HA-gel和 Lipo@HA-gel的COF柱状图；（C）不锈钢板磨损痕迹的明场图像；（D）PBS、HA-gel和 Lipo@HA-gel的磨痕宽度测定；（E）HA-gel的COF-时间曲线；（F）HA-gel的润滑示意图；（G）Lipo@HA-gel的COF-时间曲线；（H）Lipo@HA-gel的润滑示意图；（I）磨损HA-gel的SEM图；（J）磨损Lipo@HA-gel的SEM图

 

对造模后8周的膝关节标本进行了HE染色、甲苯胺蓝染色以及番红-固绿染色，发现假手术组的关节软骨完整光滑，细胞分布均匀。而PBS组的关节软骨则磨损严重、软骨层变薄、细胞数目变少，Mankin评分明显低于假手术组。相比之下，CLX@Lipo@HA-gel组的关节软骨较为完整光滑，细胞分布较均匀，且Mankin评分明显高于PBS组，与假手术组比较无统计学差异。（图4）

 

 

图4：（A）HE染色、甲苯胺蓝染色和番红-固绿染色的代表性图像；（B）关节软骨的Mankin组织学评分

 

综上，通过将负载CLX的脂质体以微储蓄池的形式分散在HA动态共价交联水凝胶中，构建了一种可注射的具有剪切响应性边界润滑作用的载药水凝胶。该水凝胶能够在剪切作用下发生结构重排，同时将内部的脂质体微储蓄池暴露于对偶面形成边界润滑层，通过边界润滑作用来缓解软骨磨损。此外，除了作为单纯的生物润滑剂，该水凝胶还能作为稳定的载药系统，通过持续缓慢释放CLX来抑制软骨细胞外基质的降解，为骨关节炎软骨损伤治疗提供了一种新策略。同时，该策略也为水凝胶在生物润滑领域中的应用提供了一种新思路。

来源：BioactMater生物活性材料

关键词： 水凝胶 关节炎