用于骨关节炎多酶仿生催化治疗的CeO2/肽纳米片复合生物活性水凝胶微球微流控工程设计

《Journal of Nanobiotechnology》：Microfluidic engineering of CeO2/Peptide nanosheet-integrated bioactive hydrogel microspheres for multi-enzymatic biomimetic catalytic therapy of osteoarthritis

　　

摘要

骨关节炎是一种退行性关节疾病，其特征为慢性炎症和氧化应激导致的软骨退化，但目前有效的疾病修饰疗法仍十分有限。本文我们报道了一种结合了CeO₂/肽纳米片（CeP）的水凝胶微球（CePHM）平台，用于通过多酶仿生催化疗法治疗骨关节炎。自组装肽纳米片可作为生物相容性的二维支架，将CeO₂纳米酶均匀分散，从而防止纳米酶聚集，同时保持其超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）样的活性。这些CeP复合纳米酶还被封装在通过微流控技术制备的壳聚糖/β-甘油磷酸水凝胶微球中（直径约100微米），这类微球具有热敏感凝胶化和酸响应性降解特性，能够在骨关节炎关节微环境中实现局部滞留和持续释放。从功能上看，CePHM可持续清除活性氧超过240小时，有效减轻细胞内的氧化应激负担。在软骨细胞中，CePHM能够降低氧化应激，维持线粒体膜电位，并增强谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、CAT和SOD等内源性抗氧化酶的活性。这些细胞保护作用还表现为分解代谢标志物基质金属蛋白酶13（MMP 13）的表达下降，以及软骨特异性细胞外基质成分，如II型胶原蛋白（Col II）、聚集蛋白聚糖（ACAN）和SRY-box转录因子9（Sox 9）的表达上升。从机制上讲，CePHM通过抑制ROS介导的NF-κB信号通路的激活来阻止软骨退化。在由内侧半月板损伤引发的骨关节炎大鼠模型中，关节内注射CePHM可显著减轻软骨退化，保持蛋白聚糖含量，并改善软骨下骨的重塑。这些研究结果表明，CePHM是一种生物相容性强、能响应微环境变化的纳米酶递送平台，有望成为治疗骨关节炎的有效疾病修饰策略。

图表摘要

骨关节炎是一种退行性关节疾病，其特征为慢性炎症和氧化应激导致的软骨退化，但目前有效的疾病修饰疗法仍十分有限。本文我们报道了一种结合了CeO₂/肽纳米片（CeP）的水凝胶微球（CePHM）平台，用于通过多酶仿生催化疗法治疗骨关节炎。自组装肽纳米片可作为生物相容性的二维支架，将CeO₂纳米酶均匀分散，从而防止纳米酶聚集，同时保持其超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）样的活性。这些CeP复合纳米酶还被封装在通过微流控技术制备的壳聚糖/β-甘油磷酸水凝胶微球中（直径约100微米），这类微球具有热敏感凝胶化和酸响应性降解特性，能够在骨关节炎关节微环境中实现局部滞留和持续释放。从功能上看，CePHM可持续清除活性氧超过240小时，有效减轻细胞内的氧化应激负担。在软骨细胞中，CePHM能够降低氧化应激，维持线粒体膜电位，并增强谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、CAT和SOD等内源性抗氧化酶的活性。这些细胞保护作用还表现为分解代谢标志物基质金属蛋白酶13（MMP 13）的表达下降，以及软骨特异性细胞外基质成分，如II型胶原蛋白（Col II）、聚集蛋白聚糖（ACAN）和SRY-box转录因子9（Sox 9）的表达上升。从机制上讲，CePHM通过抑制ROS介导的NF-κB信号通路的激活来阻止软骨退化。在由内侧半月板损伤引发的骨关节炎大鼠模型中，关节内注射CePHM可显著减轻软骨退化，保持蛋白聚糖含量，并改善软骨下骨的重塑。这些研究结果表明，CePHM是一种生物相容性强、能响应微环境变化的纳米酶递送平台，有望成为治疗骨关节炎的有效疾病修饰策略。

图表摘要