软骨组织上建“药库” 增强骨关节炎疗效
关节疼痛、肿胀、僵硬，活动时感觉到关节摩擦，有时甚至可以听到“咔嗒”声或其他摩擦音……当身体出现这些症状时，可能是患上了骨关节炎。研究表明，在40岁以上的人群中，骨关节炎的患病率接近50%。
近日，骨关节炎治疗领域传来喜讯：国家纳米科学中心研究员聂广军团队与清华大学长庚医院教授余家阔团队成功构建软骨组织特异性药物储库平台，可显著改善抗骨关节炎药物的药代动力学特性，提升治疗效果。相关研究在线发表于《科学·转化医学》。
长时间维持药物浓度是挑战
骨关节炎又称骨性关节炎、骨关节病等，是一种常见的关节退行性衰落疾病，主要症状为关节疼痛、肿胀、活动度减少等。“骨关节炎如果严重的话，可能导致患者关节长期慢性疼痛，并最终发展为关节功能障碍。”余家阔告诉科技日报记者。
目前，临床上对于骨关节炎的治疗主要有5个阶梯。第一阶梯是运动治疗，旨在加强患者的自我运动管理，加强关节周围的肌肉力量，从而更好地保护关节；第二阶梯是药物治疗，目前进入到临床应用的只有非甾体类消炎药，主要用于消炎和止痛，对于患有严重骨关节炎的患者来说治标不治本。“第三至第五阶梯疗法都属于手术方案，包括关节镜清理、截骨保膝和人工关节置换。但是这三种方案都没法将已磨损的软骨恢复至最初的完整状态。”余家阔坦言。
尽管生长因子、基质金属蛋白酶抑制剂和抗炎小分子等一些生物制剂和小分子药物，在临床前研究中展现出了抑制软骨退化的潜力，但由于这些候选药物在临床试验中对患者的益处有限，大多未能成功转化至临床应用。“骨关节炎药物治疗的挑战之一，是长时间维持软骨组织内的药物浓度。”余家阔解释，因为关节软骨没有血管，所以全身系统性给药会导致软骨组织内的药物浓度不足。
直接在关节腔内注射药物，是增加药物在关节内的生物利用度，以及让全身不良反应最小化的一种合理方法。“但是即使通过关节腔局部给药，药物也会通过关节滑膜毛细血管和淋巴引流被迅速清除，从而导致药物在关节腔内的滞留时间短暂。”论文共同第一作者兼共同通讯作者、国家纳米科学中心副研究员赵瑞芳说，在关节腔内残留的少量药物，也会被关节软骨细胞外基质的致密空间结构限制，阻碍药物向软骨组织内渗透和进一步的软骨细胞摄取。同时，高频率给患者进行关节腔注射，还会增加关节腔感染的风险。
显著提升药物长效治疗效果
“很多实验室研究都发现一些药物能逆转骨关节炎，但是这些药物都在临床试验阶段失败了。其中一个原因就是关节内药物代谢比较快。”余家阔说。为破解这一难题，研究团队巧妙地利用纳米技术，将含有多种软骨细胞黏附受体的天然细胞膜展示于聚合物纳米颗粒表面，以构建模仿软骨细胞的纳米药物库，赋予软骨药物递送系统更强的特异性和结合能力。
软骨组织由软骨细胞和致密的纳米纤维网状结构组成。单一类型的软骨细胞生长在软骨细胞外基质中，会通过细胞表面的膜蛋白与细胞外基质发生黏附等相互作用。“受软骨细胞与细胞外基质相互作用的启发，我们将软骨细胞的细胞膜提出后，展示在纳米药物表面，从而形成了缩小版的仿软骨细胞。这样模仿软骨细胞的纳米药物就能像软骨细胞一样，黏附在软骨细胞外基质上长期保存，避免被代谢掉。”聂广军说。
“这就相当于在软骨组织内原位形成了一个纳米药物储备库。”赵瑞芳进一步解释，储备库里的药物既可以被软骨细胞摄取到细胞质发挥作用，也可以局部缓释出来，从而延长有效药物作用于软骨细胞的时间，起到长期增强疗效的作用。
研究人员将聚合物纳米颗粒黏附于大鼠及人源退变软骨外基质，发现其可在大鼠软骨组织内滞留超过一个月。体外模拟的滑液清除实验表明，负载信号通路抑制剂的聚合物纳米颗粒显著下调了炎症条件下大鼠及人软骨移植物的分解代谢活性。在大鼠及比格犬骨关节炎模型中，聚合物纳米颗粒有效恢复了模型动物的病理性步态、抑制软骨下骨重塑并有效减缓了软骨组织退变。
论文审稿人认为，使用膜包覆纳米载体结合细胞外基质并靶向治疗骨关节炎是一种“有趣又巧妙的方法”。该研究提出一种创新策略，改善了药物在软骨中的保留时长，并使药物缓慢释放至组织中。这种药物储库平台可以显著提升药物的长效治疗效果。
“对于细胞膜纳米技术在治疗骨关节炎方面的应用，我们目前已经申请了专利，同时也在积极准备申请临床试验。”聂广军说。
关节疼痛、肿胀、僵硬，活动时感觉到关节摩擦，有时甚至可以听到“咔嗒”声或其他摩擦音……当身体出现这些症状时，可能是患上了骨关节炎。研究表明，在40岁以上的人群中，骨关节炎的患病率接近50%。
近日，骨关节炎治疗领域传来喜讯：国家纳米科学中心研究员聂广军团队与清华大学长庚医院教授余家阔团队成功构建软骨组织特异性药物储库平台，可显著改善抗骨关节炎药物的药代动力学特性，提升治疗效果。相关研究在线发表于《科学·转化医学》。
长时间维持药物浓度是挑战
骨关节炎又称骨性关节炎、骨关节病等，是一种常见的关节退行性衰落疾病，主要症状为关节疼痛、肿胀、活动度减少等。“骨关节炎如果严重的话，可能导致患者关节长期慢性疼痛，并最终发展为关节功能障碍。”余家阔告诉科技日报记者。
目前，临床上对于骨关节炎的治疗主要有5个阶梯。第一阶梯是运动治疗，旨在加强患者的自我运动管理，加强关节周围的肌肉力量，从而更好地保护关节；第二阶梯是药物治疗，目前进入到临床应用的只有非甾体类消炎药，主要用于消炎和止痛，对于患有严重骨关节炎的患者来说治标不治本。“第三至第五阶梯疗法都属于手术方案，包括关节镜清理、截骨保膝和人工关节置换。但是这三种方案都没法将已磨损的软骨恢复至最初的完整状态。”余家阔坦言。
尽管生长因子、基质金属蛋白酶抑制剂和抗炎小分子等一些生物制剂和小分子药物，在临床前研究中展现出了抑制软骨退化的潜力，但由于这些候选药物在临床试验中对患者的益处有限，大多未能成功转化至临床应用。“骨关节炎药物治疗的挑战之一，是长时间维持软骨组织内的药物浓度。”余家阔解释，因为关节软骨没有血管，所以全身系统性给药会导致软骨组织内的药物浓度不足。
直接在关节腔内注射药物，是增加药物在关节内的生物利用度，以及让全身不良反应最小化的一种合理方法。“但是即使通过关节腔局部给药，药物也会通过关节滑膜毛细血管和淋巴引流被迅速清除，从而导致药物在关节腔内的滞留时间短暂。”论文共同第一作者兼共同通讯作者、国家纳米科学中心副研究员赵瑞芳说，在关节腔内残留的少量药物，也会被关节软骨细胞外基质的致密空间结构限制，阻碍药物向软骨组织内渗透和进一步的软骨细胞摄取。同时，高频率给患者进行关节腔注射，还会增加关节腔感染的风险。
显著提升药物长效治疗效果
“很多实验室研究都发现一些药物能逆转骨关节炎，但是这些药物都在临床试验阶段失败了。其中一个原因就是关节内药物代谢比较快。”余家阔说。为破解这一难题，研究团队巧妙地利用纳米技术，将含有多种软骨细胞黏附受体的天然细胞膜展示于聚合物纳米颗粒表面，以构建模仿软骨细胞的纳米药物库，赋予软骨药物递送系统更强的特异性和结合能力。
软骨组织由软骨细胞和致密的纳米纤维网状结构组成。单一类型的软骨细胞生长在软骨细胞外基质中，会通过细胞表面的膜蛋白与细胞外基质发生黏附等相互作用。“受软骨细胞与细胞外基质相互作用的启发，我们将软骨细胞的细胞膜提出后，展示在纳米药物表面，从而形成了缩小版的仿软骨细胞。这样模仿软骨细胞的纳米药物就能像软骨细胞一样，黏附在软骨细胞外基质上长期保存，避免被代谢掉。”聂广军说。
“这就相当于在软骨组织内原位形成了一个纳米药物储备库。”赵瑞芳进一步解释，储备库里的药物既可以被软骨细胞摄取到细胞质发挥作用，也可以局部缓释出来，从而延长有效药物作用于软骨细胞的时间，起到长期增强疗效的作用。
研究人员将聚合物纳米颗粒黏附于大鼠及人源退变软骨外基质，发现其可在大鼠软骨组织内滞留超过一个月。体外模拟的滑液清除实验表明，负载信号通路抑制剂的聚合物纳米颗粒显著下调了炎症条件下大鼠及人软骨移植物的分解代谢活性。在大鼠及比格犬骨关节炎模型中，聚合物纳米颗粒有效恢复了模型动物的病理性步态、抑制软骨下骨重塑并有效减缓了软骨组织退变。
论文审稿人认为，使用膜包覆纳米载体结合细胞外基质并靶向治疗骨关节炎是一种“有趣又巧妙的方法”。该研究提出一种创新策略，改善了药物在软骨中的保留时长，并使药物缓慢释放至组织中。这种药物储库平台可以显著提升药物的长效治疗效果。
“对于细胞膜纳米技术在治疗骨关节炎方面的应用，我们目前已经申请了专利，同时也在积极准备申请临床试验。”聂广军说。
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