恢復(fù)關(guān)節(jié)軟骨潤滑功能，中科院寧波材料所王榮研究員發(fā)表最新成果

文章來源：“BTIT俱樂部”公眾號

關(guān)節(jié)軟骨是人體關(guān)節(jié)的保護(hù)墊，它具有潤滑特性，這種特性是我們?nèi)粘Ｐ袆幼匀绲年P(guān)鍵。然而，日常活動的過度磨損、意外損傷或年老時(shí)的自然退化，都可能導(dǎo)致軟骨的潤滑性下降，進(jìn)而導(dǎo)致關(guān)節(jié)的機(jī)能衰退，形成關(guān)節(jié)炎。恢復(fù)關(guān)節(jié)軟骨的潤滑功能是緩解骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)程的有效療法。

近期在Carbohydrate Polymers期刊中發(fā)表了一篇研究，中國學(xué)者研發(fā)出一種新的潤滑劑——殼聚糖-聚磺酸基甜菜堿甲基丙烯酸酯嵌段共聚物（CS-b-pSBMA），它是通過模仿存在于軟骨表面的潤滑生物分子而設(shè)計(jì)的，目的是恢復(fù)關(guān)節(jié)軟骨的潤滑作用，以減緩甚至停止骨關(guān)節(jié)炎（OA）的進(jìn)展。

該研究中，經(jīng)摩擦測試確認(rèn)，CS-b-pSBMA潤滑劑能在人工關(guān)節(jié)材料，如Ti6Al4V合金上，達(dá)到出色的潤滑效應(yīng)，摩擦系數(shù)低至0.008，同時(shí)在模擬骨關(guān)節(jié)炎的軟骨上，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的透明質(zhì)酸潤滑劑，通過熒光標(biāo)記實(shí)驗(yàn)也證明了潤滑劑對軟骨表面的吸附效果。此外，CS-b-pSBMA潤滑劑具有出色的穩(wěn)定性，可以抵抗酶的降解，最長甚至可以存儲4周。體外研究顯示，CS-b-pSBMA潤滑劑具有良好的抗菌活性和生物相容性。體內(nèi)研究證實(shí)，CS-b-pSBMA潤滑劑穩(wěn)定，能夠緩解骨關(guān)節(jié)炎小鼠膝關(guān)節(jié)軟骨的退化過程。總的來說，這種仿生潤滑劑可作為治療OA和軟骨功能恢復(fù)的有前途的關(guān)節(jié)潤滑劑。

新型潤滑劑如何模仿軟骨表面潤滑生物分子

在自然界中，人體的關(guān)節(jié)通過潤滑分子保持良好滑動，這些潤滑分子主要是蛋白質(zhì)和多糖。它們共同在關(guān)節(jié)表面形成一層彈性、濕潤、防磨損的保護(hù)層，以實(shí)現(xiàn)對關(guān)節(jié)的保護(hù)。

這一新型潤滑劑是通過對高分子聚合物的兩性離子化改性，形成了一種多功能系統(tǒng)，**用以模擬關(guān)節(jié)軟骨中復(fù)雜的生物分子系統(tǒng)。**具體是，研究人員選用殼聚糖和聚磺酸基甜菜堿甲基丙烯酸酯進(jìn)行嵌段共聚，得到了CS-b-pSBMA線性刷狀聚合物分子，它可以吸附在摩擦界面形成一層水化層，這種結(jié)構(gòu)在物理和化學(xué)性質(zhì)上模擬了軟骨的潤滑分子。

新型潤滑劑的關(guān)鍵在于其仿生的設(shè)計(jì)和合成。通過精心設(shè)計(jì)和選擇合適的高分子聚合物，**可以模仿生物分子的微觀和宏觀行為。**在合成過程中，首先通過自由基聚合反應(yīng)制備出這種共聚物，由于結(jié)構(gòu)中殼聚糖的陽離子特性和聚磺酸基甜菜堿甲基丙烯酸酯的超親水性，共聚物分子會通過靜電相互作用與基材或帶負(fù)電荷的軟骨表面結(jié)合，并在聚磺酸基甜菜堿甲基丙烯酸酯的超親水作用下形成一層致密水化層，為摩擦界面提供優(yōu)異的水合潤滑效果，這一過程在很大程度上模仿了自然界中生物分子形成潤滑層的過程。

**有趣的是，這種新型潤滑劑的原料——?dú)ぞ厶恰獙?shí)際上是一種非常普遍的生物質(zhì)。**殼聚糖是一種天然多糖，來源于蝦蟹等海產(chǎn)品的外殼。不僅如此，殼聚糖因其生物相容性、生物降解性、生物活性以及其反應(yīng)性功能基團(tuán)的存在，使得其在食品科學(xué)、生物醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用。如今，這種自然材料被研究者以全新的方式應(yīng)用，或許將揭示它在健康領(lǐng)域內(nèi)更大的潛力。

新型潤滑劑的應(yīng)用前景與啟發(fā)

這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)，對于人類在關(guān)節(jié)問題的解決和天然材料利用方面，都具有較大的潛力。

1.提供新的治療方法
對于患有關(guān)節(jié)疾病，特別是骨關(guān)節(jié)炎的患者，這種新型潤滑劑的發(fā)現(xiàn)提供了一種可能的治療方案。這種潤滑劑可以通過恢復(fù)關(guān)節(jié)內(nèi)潤滑環(huán)境的平衡，減輕關(guān)節(jié)疼痛和炎癥。一定程度上解決關(guān)節(jié)疾病的問題，即通過潤滑關(guān)節(jié)，防止軟骨的進(jìn)一步磨損。

2. 天然材料的可持續(xù)利用
殼聚糖是一種天然材料，來源廣泛，易于獲取。利用這種天然材料制備潤滑劑，不僅符合環(huán)保理念，同時(shí)也降低了成本，使之可能在大規(guī)模生產(chǎn)下成為經(jīng)濟(jì)高效的治療關(guān)節(jié)疾病的新方法。

3. 潛在的科學(xué)研究價(jià)值
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)還為科學(xué)家提供了一個(gè)研究和利用自然材料的新視角。兩性離子共聚物的研究可幫助我們更好地理解生命中潤滑現(xiàn)象的生物學(xué)和化學(xué)機(jī)制，可能帶來更多有關(guān)生物材料、化學(xué)生物學(xué)和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的研究突破。

4. 醫(yī)藥領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景
以殼聚糖為基礎(chǔ)的這種新型潤滑劑有可能廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和生物工程領(lǐng)域。如在進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換等手術(shù)時(shí)，可以作為潤滑劑使用，減少人工關(guān)節(jié)的磨損和病人的疼痛。同時(shí)，由于其生物相容性好、易于降解等優(yōu)點(diǎn)，可能在藥物輸送、組織工程、生物3D打印等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。

**文章所述的新型潤滑劑無疑是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)，它可能為我們提供一種比透明質(zhì)酸更加高效和穩(wěn)定的替代方案。**但同時(shí)也不能忽視，任何科研成果要想從實(shí)驗(yàn)室走向臨床實(shí)踐，都需要進(jìn)行一系列的測試和研究。這只是旅程的開始，后續(xù)需要進(jìn)行的工作還很多，但是這項(xiàng)新成果無疑為我們向著深入研究人體關(guān)節(jié)疾病發(fā)展以及研發(fā)新型治療手段提供了理想的開端，希望這一點(diǎn)能為那些正在因各種關(guān)節(jié)疾病而受苦的人們帶來一絲希望，也為我們理解人體工作機(jī)理，特別是關(guān)節(jié)如何工作，提供新的視角和理解。

【參考文獻(xiàn)】
[1]Deng J, Wei R, Qiu H, Wu X, Yang Y, Huang Z, Miao J, Liu A, Chai H, Cen X,ang R. Biomimetic zwitterionic copolymerized chitosan as an articular lubricant. Carbohydr Polym. 2024 Ap15;330:121821. doi:10.1016/j.carbpol.2024.121821. Epub 2024 Jan 15. PMID: 38368102.

專家點(diǎn)評

陳垍航，副主任醫(yī)師，醫(yī)學(xué)博士，浙江省人民醫(yī)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)科主任助理。

現(xiàn)任中華醫(yī)學(xué)會運(yùn)動醫(yī)療分會下肢運(yùn)動創(chuàng)傷學(xué)組委員；中華醫(yī)學(xué)會運(yùn)動醫(yī)療分會上肢學(xué)組青年委員；浙江省醫(yī)師協(xié)會運(yùn)動醫(yī)學(xué)分會委員；浙江省醫(yī)師協(xié)會骨科分會青年委員會副主任委員；浙江省醫(yī)學(xué)會運(yùn)動醫(yī)學(xué)分會青年委員；浙江省醫(yī)學(xué)會運(yùn)動醫(yī)學(xué)分會上肢學(xué)組委員；浙江省醫(yī)學(xué)會骨科分會小兒骨科學(xué)組委員；浙江省康復(fù)醫(yī)學(xué)會運(yùn)動醫(yī)學(xué)分會青年委員會委員；浙江省體育科學(xué)學(xué)會運(yùn)動醫(yī)學(xué)專業(yè)委員會青年委員；中國醫(yī)藥教育協(xié)會肩肘運(yùn)動醫(yī)學(xué)規(guī)范化培訓(xùn)浙江中心委員；浙江省醫(yī)學(xué)會組織修復(fù)與再生分會青年委員。被聘為浙江省2020-2022年周期體育賽事（東京奧運(yùn)會、陜西全運(yùn)會、杭州亞運(yùn)會）醫(yī)療保障組專家，浙江省首批運(yùn)動員傷病認(rèn)定專家?guī)斐蓡T，杭州市公安局特警支隊(duì)運(yùn)動醫(yī)療保障專家，浙江綠城足球俱樂部名譽(yù)隊(duì)醫(yī)。

骨關(guān)節(jié)炎目前沒有特別有效的治療藥物，臨床上常予以關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射玻璃酸鈉的方法。但是玻璃酸鈉容易降解，需要頻繁注射，指南對其推薦方向和強(qiáng)度也尚不統(tǒng)一。創(chuàng)新型的關(guān)節(jié)液需要滿足極低的摩擦系數(shù)、足夠的持久性、自身無毒無副作用、降解產(chǎn)物也無毒無副作用等要求，本文在創(chuàng)新的道路上給了我們新的啟發(fā)。