Advanced Materials: 纳米技术在骨关节炎治疗的进展:提高内源性高分子量透明质酸的合成

骨关节炎(osteoarthritis, OA) 是关节退行性疾病,研究已证实与炎症密切相关,并且关节腔内高分子透明质酸(hyaluronic acid, HA)含量降低是其重要的改变之一。临床上,关节腔内注射高分子透明质酸被广泛应用于骨关节炎治疗,达到润滑关节,促进骨质修复的目的。但目前临床上注射的外源性透明质酸降解速度快,需要多次注射,增加患者身心痛苦。且外源性透明质酸大多人工合成,包含高分子量和低分子量透明质酸,而低分子量透明质酸可引起骨质破坏。促进关节内机体自身内源性高分子透明质酸的分泌为骨关节炎的治疗提供了新思路。机体内透明质酸主要是在关节滑膜细胞内由透明质酸合成酶2(hyaluronic acid synthetic enzyme II, HAS2)合成的,如何提高滑膜细胞内HAS2的水平一直是个挑战。随着材料学和纳米科技的发展,介孔氧化硅纳米材料(Mesoporous silica nanoparticle,简称MSN)由于其具有蛋白装载量高,生物相容性好、介孔孔径尺寸可调以及表面易于有机基团改性等优点被视为理想的蛋白药物载体。

武汉大学龙星教授和昆士兰大学余承忠教授,徐纯高级研究员合作首次使用新型介孔氧化硅纳米材料MSN-CC转运HAS2,以提供内源性高分子透明质酸的合成。相关论文以“Nanotherapy in Joints: Increasing Endogenous Hyaluronan Production by Delivering Hyaluronan Synthase 2”为题,在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201904535) 并被选为封面图片,第一作者为武汉大学博士生李慧敏。

MSN-CC具有大孔径高孔容的特殊纳米结构,可以提高对大分子蛋白的载药能力,同时提高药物的利用率。研究结果表明,这种生物可降解的纳米材料能够高效的将HAS2转运进关节滑膜细胞中,使其发挥高效合成内源性高分子透明质酸的功能。经动物实验证实,这种纳米材料在大鼠体内安全可降解,可以缓解并抑制骨关节炎的滑膜炎症,同时这一治疗方式也有助于修复骨关节炎模型中的骨质病变。体外和体内实验证实新型MSN-CC材料高效地将透明质酸合成酶运载进入骨关节炎滑膜细胞,实现大分子蛋白有效装载进入细胞的过程,同时保证该大分子蛋白的生物学活性并发挥功能。这一过程有效促进内源性高分子量透明质酸的合成和分泌,大大优化了传统透明质酸多次反复注射治疗骨关节炎的方式,实现了抑制炎症进展,促进骨关节炎滑膜和骨质病变修复的治疗作用。上述工作为治疗骨关节炎提供了新的思路和手段。