基于应力松弛水凝胶微球的细胞减震技术缓解软骨细胞内质网应激延缓骨关节炎进展

针对骨关节炎(OA)中机械应力诱导的内质网应激(ERS)这一关键病理机制，研究人员开发了具有可调应力松弛特性的粘弹性水凝胶微球(Stress-relaxed HAMA@Lip)，通过整合软骨靶向肽(Wyrgrl)修饰的牛磺熊去氧胆酸(TUDCA)脂质体，实现了机械应力缓冲与ERS缓解的双重治疗，显著延缓了大鼠OA模型进展，为OA治疗提供了新策略。

　　

骨关节炎作为最常见的退行性关节疾病，其发病机制与异常机械应力导致的软骨细胞损伤密切相关。在关节活动中，慢性机械振动不仅直接造成软骨结构破坏，更会通过激活内质网应激(ERS)通路，引发软骨细胞凋亡和细胞外基质降解。目前临床常用的透明质酸注射疗法仅能暂时改善关节润滑，无法从根本上解决机械应力传导和细胞应激反应这两个关键病理环节。如何开发既能缓冲关节机械应力，又能调节细胞应激反应的协同治疗策略，成为骨关节炎治疗领域亟待突破的科学难题。

针对这一挑战，上海交通大学医学院附属瑞金医院的研究团队创新性地提出了"细胞减震器"概念，通过构建具有应力松弛特性的水凝胶微球系统，实现了机械微环境调控与药物靶向治疗的有机结合。相关研究成果发表在《Research》期刊上。研究人员采用微流控技术制备了醛基化(HAMA-CHO)和氨基化(HAMA-NH₂)双修饰的透明质酸微球，通过希夫碱反应形成动态亚胺键网络，使材料获得与天然软骨相匹配的应力松弛时间常数(τ=23.81s)。同时将载有TUDCA的阳离子脂质体(Lipo-Wyrgrl@TUDCA)封装其中，利用Wyrgrl肽的软骨靶向性实现精准药物递送。该研究通过体外流变学测试、ERS标志物检测和大鼠OA模型等多层次验证，证实该系统可显著减轻机械应力诱导的软骨损伤。

研究首先通过氧化和酰肼偶联反应对透明质酸进行化学修饰，制备了具有不同反应基团的衍生物。采用核磁共振(¹H NMR)确认了产物的取代度，并通过微流控技术构建了粒径均一(232.16±88.98μm)的水凝胶微球。体外应力松弛测试表明，当HAMA-CHO:HAMA-NH₂:Lipo-Wyrgrl@TUDCA比例为4:2:1时，材料表现出与天然软骨最为接近的粘弹性特征。在ERS体外模型中，500μM TUDCA处理使错误折叠蛋白聚集物减少至低于对照组水平，Western blot显示GRP78、p-eIF2α和CHOP等ERS标志物表达显著下调。

在"制备和表征模拟软骨基质的减震水凝胶微球"部分，研究证实动态亚胺键网络赋予材料优异的能量耗散能力。扫描电镜显示微球孔隙率随组分复杂度增加而降低(41.16%→26.10%)，元素映射证实脂质体均匀分布。药物释放实验显示微球可实现TUDCA的25天缓释，累计释放率达72.15%。"生物相容性测试"部分通过CCK-8和活死染色证实材料对原代软骨细胞无毒性。

"Stress-relaxed HAMA@Lip缓解软骨细胞ERS和OA表型"的研究结果显示，在2μg/ml衣霉素诱导的ERS模型中，该系统能剂量依赖性地恢复II型胶原和聚集蛋白聚糖表达，抑制MMP13产生。流式细胞术证实500μM TUDCA使晚期凋亡细胞比例从7.54%降至3.87%。qPCR分析显示OA相关基因表达得到显著调控。

动物实验部分采用改良Hulth法建立大鼠OA模型，通过X线、micro-CT和组织学分析评估疗效。"体内实验证实Stress-relaxed HAMA@Lip通过应力缓冲延缓OA进展"的结果显示，治疗组软骨厚度(267.11±31.71μm)显著优于模型组(173.16±18.58μm)，OARSI评分从16.67降至8.33。免疫荧光显示治疗组CHOP阳性细胞减少46.86%，GRP78阳性细胞减少42.29%。免疫组化证实II型胶原和聚集蛋白聚糖表达分别恢复至对照组的88%和82%，MMP13表达降至模型组的18%。

讨论部分深入分析了关节机械环境与OA进展的复杂关系，指出该研究的创新点在于通过仿生设计实现了材料力学性能与生物学功能的统一。动态亚胺键网络通过键能(100-150kJ/mol)低于传统共价键的特性，实现了类似天然软骨胶原-蛋白多糖网络的能量耗散机制。同时强调该系统尚存的局限性，如缺乏软骨再生信号和需定期补充等问题，为未来研究指明了方向。

这项研究的重要意义在于首次将"细胞减震"概念转化为实际治疗策略，通过精心设计的材料化学和精巧的药物递送系统，实现了对骨关节炎两个关键病理环节的协同干预。不仅为OA治疗提供了新思路，其应力松弛材料设计理念也可拓展至其他机械敏感组织工程领域，具有广阔的临床应用前景。