近期，重慶醫科大學黃偉/羅小輯主任和上海交大崔文國教授聯合團隊通過非共價相互作用將負載塞來昔布（CLX）的陽離子脂質體分散在透明質酸（HA）動態共價交聯水凝膠中，從而構建了兼具剪切響應性邊界潤滑作用和抗炎作用的可注射、自癒合水凝膠，並用於骨關節炎軟骨損傷修復。
01
研究內容簡介
良好的潤滑對生物界面（如關節軟骨、皮膚等）的正常運作至關重要，而生物潤滑失效將會導致生物界面的摩擦係數（COF）增加，從而引發一系列的併發症（如骨關節炎、干皮病等）。水凝膠是一種能吸收和保存大量水的具有三維網絡結構的柔軟材料，能在表面形成流體潤滑膜，並在摩擦過程中通過膜內壓支持載荷，避免摩擦表面的直接接觸，從而降低摩擦係數。由於其良好的生物相容性，水凝膠被廣泛應用於生物界面潤滑當中。然而，水凝膠的力學強度通常較低，在高負載的生物摩擦界面中（如關節面）容易發生嚴重的變形，表面及內部的水分容易被擠出，流體潤滑膜無法維持，從而導致潤滑性能降低。因此，如何提高水凝膠在關節等摩擦界面中的潤滑性能是當下急需突破的瓶頸。
圖1：（A）CLX@Lipo@HA-gel的製備過程；（B）CLX@Lipo@HA-gel的應用
研究結果顯示，利用薄膜分散法製備的脂質體呈橢圓囊狀結構，具有良好的分散性，且帶正電。將HA-CHO、HA-ADH以及脂質體進行混合，發現該混合體系能夠在常溫下迅速成膠，並且通過SEM能夠在表面可以觀察到散在的大小不一的脂質體微儲蓄池。此外，該水凝膠還具有良好的可注射性，並顯示出典型的剪切稀化行為，提示該水凝膠的網絡拓撲結構能夠在剪切作用下發生改變，這將有助於脂質體微儲蓄池在水凝膠網絡中遷移。（圖2）
圖2：（A）脂質體的TEM圖；（B）脂質體的粒徑分布圖；（C）脂質體的Zeta電位圖；（D）HA-CHO、HA-ADH、脂質體、Lipo@HA-pregel 和 Lipo@HA-gel；（E）Lipo@HA-gel的激光共聚焦圖像；（F）Lipo@HA-gel 的 Z-stack 熒光圖像；（G）HA-gel的SEM圖；（H）Lipo@HA-gel 的SEM圖；（I）Lipo@HA-gel的注射器注射實驗；（J）Lipo@HA-gel在不同剪切速率下的粘度
該研究在相同條件下對PBS、HA-gel和Lipo@HA-gel進行了摩擦實驗，發現Lipo@HA-gel具有良好的潤滑性能，並且能夠響應剪切將內部的脂質體微儲蓄池暴露於表面形成邊界潤滑層，進而在發揮穩定的潤滑作用。（圖3）
圖3：（A）PBS、HA-gel和 Lipo@HA-gel的COF-時間曲線；（B）PBS、HA-gel和 Lipo@HA-gel的COF柱狀圖；（C）不鏽鋼板磨損痕跡的明場圖像；（D）PBS、HA-gel和 Lipo@HA-gel的磨痕寬度測定；（E）HA-gel的COF-時間曲線；（F）HA-gel的潤滑示意圖；（G）Lipo@HA-gel的COF-時間曲線；（H）Lipo@HA-gel的潤滑示意圖；（I）磨損HA-gel的SEM圖；（J）磨損Lipo@HA-gel的SEM圖
對造模後8周的膝關節標本進行了HE染色、甲苯胺藍染色以及番紅-固綠染色，發現假手術組的關節軟骨完整光滑，細胞分布均勻。而PBS組的關節軟骨則磨損嚴重、軟骨層變薄、細胞數目變少，Mankin評分明顯低於假手術組。相比之下，CLX@Lipo@HA-gel組的關節軟骨較為完整光滑，細胞分布較均勻，且Mankin評分明顯高於PBS組，與假手術組比較無統計學差異。（圖4）
圖4：（A）HE染色、甲苯胺藍染色和番紅-固綠染色的代表性圖像；（B）關節軟骨的Mankin組織學評分
綜上，通過將負載CLX的脂質體以微儲蓄池的形式分散在HA動態共價交聯水凝膠中，構建了一種可注射的具有剪切響應性邊界潤滑作用的載藥水凝膠。該水凝膠能夠在剪切作用下發生結構重排，同時將內部的脂質體微儲蓄池暴露於對偶面形成邊界潤滑層，通過邊界潤滑作用來緩解軟骨磨損。此外，除了作為單純的生物潤滑劑，該水凝膠還能作為穩定的載藥系統，通過持續緩慢釋放CLX來抑制軟骨細胞外基質的降解，為骨關節炎軟骨損傷治療提供了一種新策略。同時，該策略也為水凝膠在生物潤滑領域中的應用提供了一種新思路。
02
論文第一/通訊作者簡介
第一作者：雷一霆
重慶醫科大學附屬第一醫院，骨科醫師，醫學博士，研究方向包括骨/軟骨再生醫學材料、骨科圍手術期管理，以第一作者在Sci Adv，Adv Funct Mater，Military Med Res等期刊發表SCI論文14篇，在JAMA雜誌上發表Letter 2篇。
第一作者：廖軍義
重慶醫科大學附屬第一醫院，副研究員，主治醫師，重慶醫科大學附屬第一醫院青年拔尖人才，主要從事骨關節炎等研究。近5年以通訊作者/第一作者發表SCI論文12篇。主持國家級課題1項，其他9項。擔任中國醫藥教育協會肩肘運動醫學規範化培訓重慶中心委員和重慶市中西醫結合學會運動醫學專業委員會委員。
通訊作者：羅小輯
重慶醫科大學附屬第一醫院骨科副主任，教授，主任醫師，博士生導師，擔任中華醫學會、中國醫師協會等多個學術團體委員及多家學術期刊編委。作為項目負責人主持國家級科學研究課題4項，省部級/廳級課題6項，在Sci Adv等期刊發表論文40餘篇。
通訊作者：崔文國
上海交大醫學院附屬瑞金醫院/上海市傷骨科研究所教授，博士生導師。主要從事骨、關節等再生醫學材料研究，論文H=61，引用1.3萬餘次，專利60項（轉化13項）、主編Elsevier/Wiley書2本等。入選全球高被引學者、ESI高被引論文、英國皇家化學學會會士（FRSC）、中國生物材料學會理事（FCSB）、教育部高等學校科學研究優秀成果獎和上海市科技進步一等獎等。主持國家自然科學基金重點項目、國家重點研發課題、國家級青年人才等項目。
通訊作者：黃偉
重慶醫科大學附屬第一醫院骨科主任、重慶醫科大學骨科實驗室主任，教授，主任醫師，博士生導師，擔任中國醫師協會骨科醫師分會副會長、重慶市醫學會骨科學分會第七屆委員會主任委員等職位。曾獲重慶市科技進步二等獎、重慶市衛健委科技進步一等獎等多項科技獎勵。參編著作10餘部，主持國家自然科學基金4項，重慶市重大項目等20餘項。作為通訊作者/第一作者在Sci Adv等期刊發表SCI論文130餘篇。
03
資助信息
該研究得到了國家自然科學基金（81873998，32101104，81972069）和國家重點研發計劃（2020YFA0908200）等項目的支持。
04
原文信息
Yiting Lei1, Xingkuan Wang1, Junyi Liao1, Jieliang Shen, Yuling Li, Zhengwei Cai, Ning Hu, Xiaoji Luo*, Wenguo Cui*, Wei Huang*.
Shear-responsive boundary-lubricated hydrogels attenuate osteoarthritis.
Bioactive Materials,16, (2022) 472-484.
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Bioactive Materials是一本高質量英文期刊，目前已經被SCIE、PubMed Central、Scopus、Embase收錄。同時本刊還入選了2019年中國科技期刊卓越行動計劃--「高起點新刊」項目。
2022年BioactiveMaterials獲得影響因子16.874，在Materials Science，Biomaterials領域排名第一。
位於《2021年中國科學院文獻情報中心期刊分區表》1區，TOP期刊。
CiteScore 2021: 14.3。
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