清华大学张洪玉团队AFM综述：关节内注射纳米材料治疗骨关节炎

骨关节炎（OA）是一种影响全球许多人的常见关节疾病，然而目前的治疗方法仍存在许多问题，这些治疗策略通常只能控制症状而不能阻止疾病进展。

清华大学张洪玉副研究员等人发表综述，阐释了OA治疗的新策略，这些策略主要围绕关节内注射纳米材料展开。这些创新材料旨在模仿或增强自然关节润滑，有望恢复关节生物力学和缓解疼痛。这篇综述深入研究了一系列仿生润滑剂，包括聚合物刷、纳米复合水凝胶和纳米颗粒，强调了它们在抗炎、靶向、软骨修复和药物递送中的作用。此外，间充质干细胞分化为软骨细胞的潜力，加上纳米材料对这些细胞及其外泌体的递送，极大地开拓了OA的细胞治疗途径。该综述还强调了miRNA、siRNA、circRNA、lncRNA和反义寡核苷酸等非编码RNA在阻碍OA进展中的作用。总的来说，这篇综述概括了纳米材料在OA治疗中从材料到递送细胞，最终到实现基因治疗的演变，预测了纳米材料朝着针对OA的集成、个性化诊断和治疗方向发展的未来。相关综述以“Intra-Articular Injection of Nanomaterials for the Treatment of Osteoarthritis: From Lubrication Function Restoration to Cell and Gene Therapy”为题发表在Advanced Functional Materials。

【文章要点】

这篇综述首先深入研究了一系列仿生关节纳米材料，如聚合物刷、纳米复合水凝胶和纳米颗粒，所有这些材料设计都受到关节软骨天然润滑基质的启发。每种材料都经过精心设计，以模仿健康关节软骨的基本润滑功能（图1）。本文随后深入探讨了OA治疗的物质疗法。它利用这些创新材料的多方面特性，包括抗炎、靶向、软骨修复和药物递送，促进有效的OA管理。随后的章节对骨髓间充质干细胞在OA治疗中的内在分子机制进行了深入分析，包括讨论使用纳米材料在关节内注射骨髓间充体，以及对骨髓间质干细胞衍生的外泌体作为创新的无细胞疗法的新研究。此外，该综述还讨论了纳米材料在递送各种非编码RNA用于OA基因治疗中的应用，包括微小RNA、小干扰RNA、环状RNA、长非编码RNA和反义寡核苷酸。这种方法将纳米材料与非编码RNA相结合，不仅可以减轻炎症，还可以促进免疫逃避，增强骨细胞的增殖和分化，并提供靶向治疗作用。

图1 关节软骨的润滑机制及骨关节炎的典型特征

尽管可注射纳米材料在治疗OA方面取得了重大进展（图2），但目前仍有许多问题需要解决。首先，生物相容性和潜在毒性的挑战至关重要，因为某些纳米材料可能会诱导细胞毒性反应或不良免疫反应。此外，纳米材料在生物系统中的长期稳定性和生物降解行为仍未得到充分探索，这引发了人们对材料积累或有害降解副产物产生的担忧。此外，纳米材料在接头内的靶向精度和均匀分布，以及高成本和复杂的生产过程，也是当前技术面临的关键问题。为了应对这些挑战，未来的研究应侧重于开发具有良好生物降解性的新型生物相容性纳米材料，以减少潜在的毒性和副作用。最重要的目标之一是优化这些纳米材料，以增强功效、特异性和生物相容性。这就需要开发纳米材料，不仅模拟关节软骨和滑液的自然生物力学特性，还包括靶向药物递送、响应释放机制和改善润滑等先进功能。材料科学和纳米技术的创新将是这一努力的关键驱动力。此外，在分子水平上更深入地了解OA的病理生理学，将有助于开发更有针对性的治疗方法，从而解决疾病的根本原因，而不仅仅是减轻症状。此外，基于跨学科合作，结合材料科学、纳米技术、生物医学和临床医学领域的进展，有望开发出具有高生物相容性、可控降解性和精确靶向性的纳米材料。

图2 关节内注射纳米材料治疗骨关节炎的典型策略

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202401547