骨關(guān)節(jié)炎作為一種慢性關(guān)節(jié)疾病，其主要特征是滑膜炎癥和軟骨退變。骨關(guān)節(jié)炎影響全球超過3億人，膝骨關(guān)節(jié)炎是中老年人致殘的主要因素。骨關(guān)節(jié)炎伴有劇烈疼痛、功能障礙等癥狀，其病理過程不可逆。骨關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重影響患者的日常生活，給個人經(jīng)濟(jì)和社會醫(yī)療保障帶來很大負(fù)擔(dān)。此外，人們普遍認(rèn)為，隨著人口老齡化，這一負(fù)擔(dān)將繼續(xù)增加。當(dāng)前的************效果有限，因此，通過潤滑有效減少軟骨磨損至關(guān)重要。商業(yè)潤滑劑的體內(nèi)穩(wěn)定性和潤滑性不足，導(dǎo)致潤滑******的失敗和骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展。

為了解決這些問題，來自北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院和清華大學(xué)的學(xué)者開發(fā)了結(jié)合******和穩(wěn)定的高性能潤滑的新******方法。受滑雪板滑動機(jī)理的啟發(fā)，通過用仿生磷脂聚合物聚(多巴胺甲基丙烯酰胺-co-2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰膽堿)(PDMPC)修飾二硫化鉬(MoS2)并負(fù)載******藥物雙氯芬酸鈉(ds)，合成了一種“納米滑雪板”，即MoS2-PDMPC-DS。二硫化鉬具有2D層狀結(jié)構(gòu)和光熱特性，可用作固體潤滑劑和藥物載體。同時，PDMPC在MoS2表面的修飾避免了MoS2在生理環(huán)境中的氧化變性，形成固液復(fù)合潤滑，提高了MoS2在關(guān)節(jié)腔中的潤滑性和穩(wěn)定性。體內(nèi)外實驗表明，MoS2-PDMPC-DS可在關(guān)節(jié)腔內(nèi)滯留一周以上，發(fā)揮長效潤滑和******作用，有效******骨關(guān)節(jié)炎。這種固體-液體復(fù)合潤滑納米滑雪板為骨關(guān)節(jié)炎的協(xié)同******和潤滑******提供了新思路。相關(guān)文章以“A Solid–Liquid Composite Lubricating “Nano-Snowboard” for Long-Acting Treatment of Osteoarthritis”標(biāo)題發(fā)表在Advanced Functional Materials。

圖1.材料特性。a)二硫化鉬納米片的HRTEM和SAED圖像。MoS2納米片的元素分析。c)二硫化鉬納米片的EDX光譜。d)二硫化鉬納米片的XRD光譜。e) MoS2、MoS2-PDMPC和MoS2-PDMPC-DS納米片的ζ電勢。f)DS、PDMPC、MoS2-PDMPC和MoS2-PDMPC-DS的FTIR光譜。g) MoS2、MoS2-PDMPC和MoS2-PDMPC-DS的尺寸分布。h)DS、MoS2、PDMPC、MoS2-PDMPC和MoS2-PDMPC-DS的紫外-可見光譜 。

圖2.MoS2-PDMPC的摩擦學(xué)試驗。a)H2O、MoS2和MoS2-PDMPC在2Hz掃描速率下的潤滑性能。b)在2 Hz的掃描速率下，MoS2-PDMPC水溶液的濃度的潤滑性能。c)在原子力顯微鏡(AFM)上進(jìn)行的摩擦學(xué)試驗示意圖。d) MoS2-PD MPC納米片的固-液復(fù)合潤滑

圖3.808 nm近紅外激光照射下MoS2-PDMPC-DS的光熱轉(zhuǎn)換性能及藥物釋放。a) MoS2和MoS2-PDMPC-DS在808 nm NIR激光照射(1w cm-2)下的光熱圖像。b) MoS2、MoS2-PDMPC和MoS2-PD MPC-DS(1mg mL-1)在808 nm NIR激光照射(1 W cm-2)下的溫度變化。c)在808 nm近紅外激光照射(1w cm-2)下，MoS2-PDMPC-DS隨濃度的溫度變化。d) MoS2-PDM PC-ds(0.6mg ml-1)在不同功率密度的808 nm近紅外激光照射下的溫度變化。e) MoS2-PD MPC-DS(0.6mg mL-1)在反復(fù)近紅外激光照射(1W cm-2)下的熱穩(wěn)定性.

圖4.MoS2-PDMPC-DS的細(xì)胞毒性和細(xì)胞攝取。a)用CCK-8檢測MoS2-PDMPC-DS對有或沒有NIR激光照射的巨噬細(xì)胞的細(xì)胞活力的影響。b)通過CCK-8檢測MoS2-PDMPC-DS在有或沒有NIR激光照射的情況下對軟骨細(xì)胞的細(xì)胞活力的影響。c)在有或沒有NIR激光照射的情況下，用MoS2-PDMPC-DS培養(yǎng)24小時的巨噬細(xì)胞的活/死熒光圖像。d)在有或沒有NIR激光照射的情況下，用MoS2-PDMPC-DS培養(yǎng)24小時的軟骨細(xì)胞的活/死熒光圖像。e)孵育4小時后巨噬細(xì)胞對MoS2-PDM@F和MoS2-PDMPC-DS@F的攝取。

圖5.MoS2-PDMPC-DS對巨噬細(xì)胞和軟骨細(xì)胞的******機(jī)制。a–c)RAW 264.7巨噬細(xì)胞經(jīng)LPS活化后，與DS和MoS2PDMPC-DS共孵育24小時(有或無NIR激光照射)的TNF-α、IL-6和IL-1β蛋白表達(dá)水平的酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)結(jié)果。d–f)qRT-PCR分析軟骨細(xì)胞的Col2α、MMP1和TAC1的mRNA表達(dá)水平，所述軟骨細(xì)胞與H2O2共孵育24小時，然后在有或沒有NIR激光照射的情況下與DS或MoS2-PDMPC-DS共培養(yǎng)24小時(n = 3，每個數(shù)據(jù)點顯示為平均值SD，*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001，與PBS組相比)

圖6.MoS2-PDMPC-DS在大鼠關(guān)節(jié)腔中的光熱轉(zhuǎn)換特性及滯留。a)在注射MoS2-PDMPC-DS或鹽水后，用NIR激光照射(NIR激光的功率密度為0.6W cm-2)大鼠關(guān)節(jié)腔的光熱圖像。b)在注射MoS2-PDMPC-DS或鹽水后，用NIR激光照射大鼠關(guān)節(jié)腔的溫度變化。c)分別在0、1、3、5、7和9天注射MoS2-PDMPC后大鼠關(guān)節(jié)腔的熒光成像。d)分別在0、1、3、5、7和9天注射MoS2-PDMPC后大鼠關(guān)節(jié)腔的熒光強(qiáng)度。

圖7.大鼠膝關(guān)節(jié)x線攝影。a，b)干預(yù)2周和4周后大鼠的代表性X射線檢查(NIR激光的功率密度為0.6 W cm-2)。c)與OA組相比，干預(yù)2周和4周后基于CBCT圖像測量的大鼠關(guān)節(jié)間隙。

圖8.在a) 2周和b) 4周時，對照組、OA組、DS組和MoS2-PDMPC-DS組(有或沒有NIR激光照射)大鼠膝關(guān)節(jié)的顯微CT圖像。近紅外激光器的功率密度為0.6 W cm-2

本研究將固-液復(fù)合潤滑的概念應(yīng)用于骨關(guān)節(jié)炎的******，并成功合成了一種光響應(yīng)仿生“納米滑雪板”，MoS2-PDMPC-DS，可持續(xù)發(fā)揮******和潤滑的雙重功能。將具有潤滑性能的仿生聚合物PDMPC修飾到MoS2納米片上，在其表面形成一層水化層，提高了納米片的穩(wěn)定性，賦予納米片固相和液相潤滑的雙重性能。此外，DS負(fù)載在納米片上，在近紅外激光照射下發(fā)揮******作用。體內(nèi)外實驗表明，PDMPC修飾的二硫化鉬納米片的潤滑性能顯著提高，并在關(guān)節(jié)腔中保持穩(wěn)定一周以上。藥物釋放實驗證明，近紅外激光照射能有效促進(jìn)藥物從MoS2-PDMPC-DS納米片中的釋放。細(xì)胞和動物實驗表明，MoS2-PDMPC-DS能有效減少TNF-α、IL-6、IL-1β等炎癥因子的產(chǎn)生，減輕軟骨磨損，減少骨贅形成，從而實現(xiàn)對大鼠骨關(guān)節(jié)炎的有效******。MoS2-PDMPC-DS作為一種新型光響應(yīng)性固液復(fù)合潤滑“納米滑雪板”,首次在骨關(guān)節(jié)炎******中取得了優(yōu)異的療效。此外，MoS2-PDMPC-DS還具有遠(yuǎn)程控制藥物釋放、長期穩(wěn)定性和******活性的特點。因此，MoS2-PDMPC-DS在骨關(guān)節(jié)炎的******中具有良好的應(yīng)用潛力，可作為關(guān)節(jié)內(nèi)注射材料有效******骨關(guān)節(jié)炎。

封面來源于圖蟲創(chuàng)意