超润滑聚乙二醇水凝胶微球：膝关节骨关节炎治疗的新希望

《npj Biomedical Innovations》：Super-lubricous polyethylene glycol hydrogel microspheres for use in knee osteoarthritis treatments

为解决膝关节骨关节炎（OA）润滑性降低问题，研究人员开发超润滑 PEG 微球，其能降低摩擦且体内稳定，有望缓解 OA。

　　

超润滑聚乙二醇水凝胶微球治疗膝关节骨关节炎的研究解读

膝关节，作为人体最易受损的关节之一，在人们日常的行走、奔跑、跳跃等活动中发挥着关键作用。然而，膝关节骨关节炎（Osteoarthritis，OA）却像一个潜伏的 “健康杀手”，悄然盯上了众多人群。OA 患者的关节软骨会逐渐退化，原本起到润滑作用的滑膜液也变得 “力不从心”，导致关节间的摩擦急剧增加。想象一下，关节内部就像失去润滑油的机器零件，每一次活动都伴随着剧烈的磨损，不仅给患者带来难以忍受的疼痛，还严重限制了他们的活动能力，使生活质量大打折扣。据统计，仅美国就有超过 3200 万人饱受 OA 的折磨，相关社会经济成本高达约 1850 亿美元，而且预计到 2030 年，全球将有超过 7200 万人患病。面对如此严峻的形势，开发创新的治疗方法迫在眉睫。

在这样的背景下，圣路易斯大学（Saint Louis University）等机构的研究人员勇敢地迎接挑战，开展了一项极具意义的研究 —— 制备超润滑的聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG）水凝胶微球用于膝关节骨关节炎的治疗。他们的研究成果发表在《npj Biomedical Innovations》杂志上，为 OA 的治疗带来了新的曙光。

研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。首先，通过改进的电喷雾法制备 PEG 水凝胶微球，利用迈克尔加成反应（Michael-type addition）构建微球的化学交联网络。其次，合成了一种定制的超润滑共聚物聚（多巴胺甲基丙烯酸酯 - 共 - 磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯）（poly (DMA-co-SBMA)），并采用浸涂法将其涂覆在 PEG 微球表面。此外，运用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振光谱（NMR）、尺寸排阻色谱（SEC）等技术对共聚物进行表征，通过流变学和摩擦学测试评估微球的机械性能，还利用体外细胞毒性实验和体内动物实验探究微球的生物相容性和稳定性 。

下面来详细看看研究结果。

1. 共聚物的合成与表征：研究人员通过定制的可逆加成 - 断裂链转移（RAFT）介导的烯烃聚合反应合成了 poly (DMA-co-SBMA)，并使用 FTIR 和1H NMR 光谱对其进行表征，结果显示成功合成了目标共聚物，且 SBMA 与 DMA 的单体比例约为 9:1。通过 SEC 测量，发现大部分聚合物链的分子量在 20 - 40 kDa 之间，部分在 40 - 70 kDa 范围内。为了便于监测共聚物与 PEG 微球的结合情况，研究人员还合成了含有罗丹明 B（RhoB）的共聚物 poly (DMA-co-SBMA-co-RhoB)，并通过 UV-vis 光谱、荧光相关光谱（FCS）等方法证实了 RhoB 成功掺入共聚物中。
2. PEG 水凝胶微球的制备与表征：研究人员改进了电喷雾法制备 PEG 水凝胶微球，通过在较低 pH 值下预混合 PEG 前体溶液，延迟凝胶化过程，使得电喷雾能够顺利进行。制备的 PEG 微球直径约为 79±17 μm，洗涤后因溶胀直径增加到 94±18 μm，共聚物涂层对微球尺寸影响不大。荧光成像显示，共聚物成功吸附在 PEG 微球表面，且在微球内部也有分布，但主要集中在表面。zeta 电位分析表明，共聚物的吸附增强了微球之间的排斥力，提高了微球的分散性。此外，共聚物涂层在体外至少能稳定存在 21 天。
3. PEG 水凝胶微球的机械性能：流变学测量表明，共聚物涂层对 PEG 微球的刚度影响不显著。摩擦学测试显示，与模拟的健康和骨关节炎滑膜液相比，未涂层的 PEG 微球摩擦系数与健康滑膜液相似，而 poly (DMA-co-SBMA) 涂层显著提高了微球的润滑性，动态摩擦系数相较于未涂层微球降低了 20%，相较于模拟健康滑膜液降低了 26%，相较于模拟骨关节炎滑膜液降低了 65%。同时，未涂层和涂层的 PEG 微球均表现出剪切稀化行为，涂层微球注射所需的力略小于未涂层微球。
4. PEG 水凝胶微球的生物相容性和体内稳定性：体外细胞毒性实验表明，PEG 微球及其共聚物涂层对 ATDC5 软骨细胞的生长没有显著影响。体内实验中，将负载近红外荧光微球的 PEG 微球注射到小鼠膝关节内，发现其在滑膜腔内的驻留时间长达 26 天，且对小鼠行为没有不良影响。

综合上述研究结果，研究人员成功开发出超润滑的共聚物涂层 PEG 水凝胶微球。这种微球具有出色的润滑性能，相较于模拟滑膜液，能将摩擦系数降低约 57%，在体内也表现出良好的稳定性和生物相容性。这些特性使得它在膝关节骨关节炎的治疗中展现出巨大的潜力，有望减缓 OA 的进展，减少患者对全膝关节置换术的需求。不过，研究人员也指出，未来还需要进一步优化共聚物结构，以提高其吸附效率和润滑性能，同时深入研究微球在滑膜腔内的分布、稳定性以及对疾病病理和动物反应的影响，为将这种微球真正应用于临床治疗奠定更坚实的基础。