超声触发可注射压电纳米复合透明质酸水凝胶通过调控炎症与软骨生成治疗骨关节炎

针对骨关节炎(OA)治疗中炎症调控与软骨再生协同治疗的难题，研究人员开发了一种基于透明质酸(HA)的可注射压电纳米复合水凝胶(PBT-Gel)。该材料通过Ga3+配位交联并整合聚多巴胺(PDA)修饰的钛酸钡(BaTiO3)纳米颗粒，在超声(US)触发下产生局部电信号，证实可通过TGF-β/Smad通路促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)软骨分化，同时实现巨噬细胞复极化抗炎。动物实验显示其显著缓解软骨退变和滑膜炎，为OA治疗提供了新型自供电治疗平台。

　　

骨关节炎(OA)作为最常见的慢性关节疾病，全球约5亿患者深受其困扰。这种疾病以关节软骨进行性退变和慢性炎症为特征，犹如"关节的生锈"，导致疼痛、僵硬和功能障碍。传统治疗手段如非甾体抗炎药仅能暂时缓解症状，而关节置换手术创伤大且费用高昂。更棘手的是，OA病理过程中炎症微环境与软骨修复失衡形成恶性循环——滑膜炎症加速软骨破坏，而软骨碎片又进一步加剧炎症反应。近年来，电刺激(ES)疗法因其能同时调控炎症和促进软骨再生而备受关注，但现有技术需要植入电极和外部电源，临床应用受限。

为解决这一难题，华南理工大学等机构的研究团队创新性地将压电材料与可注射水凝胶结合，开发出超声(US)触发式压电纳米复合透明质酸(HA)水凝胶(PBT-Gel)。这项突破性研究发表在《Carbohydrate Polymers》上，通过将聚多巴胺(PDA)修饰的钛酸钡(BaTiO₃, BT)纳米颗粒嵌入Ga³⁺交联的HA网络，构建出兼具生物相容性和压电响应的智能治疗系统。研究证实，该材料在US作用下产生的电信号可同时实现巨噬细胞向抗炎表型(M2)复极化和激活BMSCs的TGF-β/Smad软骨生成通路，在动物模型中显著抑制软骨退变和滑膜炎。

关键技术方法包括：通过溶胶-热法制备四方相BT纳米颗粒并进行PDA表面修饰；采用Ga³⁺与HA羧基配位构建可注射水凝胶；建立MIA诱导的OA大鼠模型；通过流式细胞术分析巨噬细胞表型转化；采用Western blot检测TGF-β/Smad通路蛋白表达；运用Micro-CT和组织学评估软骨修复效果。

材料表征
通过拉曼光谱确认BT纳米颗粒的四方相晶体结构，特征峰位于263.40、300.01、510.58 cm^-1。PDA修饰使zeta电位从-12.3 mV变为+8.7 mV，显著提升分散性。水凝胶表现出优异的剪切稀化特性(粘度从12.5 Pa·s降至1.2 Pa·s)，注射后能快速恢复结构完整性。

体外生物效应
CCK-8实验显示PBT-Gel组细胞存活率达98.7%，DPPH清除率91.2%。US刺激下，PBT-Gel使促炎因子IL-1β下降62.3%，同时诱导BMSCs高表达SOX9(↑3.1倍)和COL2A1(↑4.7倍)。机制研究表明，压电效应激活的TGF-β1分泌使Smad2/3磷酸化水平提高2.8倍。

体内治疗效果
OA大鼠模型显示，PBT-Gel+US组OARSI评分较对照组降低67.8%，滑膜厚度减少54.2%。Micro-CT显示关节面更完整，软骨下骨体积分数(BV/TV)提高31.5%。免疫组化证实治疗组CD86⁺巨噬细胞减少72.3%，而CD206⁺细胞增加3.4倍。

这项研究开创性地将压电纳米材料、US物理刺激和生物可降解水凝胶三大技术融合，突破了传统OA治疗的局限性。PBT-Gel的独特优势在于：① 微创注射避免手术创伤；② US远程控制实现精准治疗；③ 自供电特性免除植入电池；④ 协同调控炎症-再生微环境。该成果不仅为OA治疗提供了新范式，其"材料-物理-生物"协同策略更为其他退行性疾病治疗开辟了新思路。未来通过优化US参数和负载生长因子，有望发展出个性化OA治疗方案。