导读：

近期，苏州大学骨科研究所徐勇教授、施勤教授、钮俊杰等人开发了一种具有免疫调节功能的仿生轴承启发润滑微球（LFDCS），该微球通过微流控技术制备，以硫酸软骨素和甲基丙烯酰化丝胶蛋白为骨架，结合叶酸靶向脂质体，实现了对骨关节炎的“润滑-抗炎-修复”三位一体治疗。相关研究以“Bionic bearing-inspired lubricating microspheres with Immunomodulatory effects for osteoarthritis therapy”为题目，发表在期刊《Journal of Nanobiotechnology》上。

本文要点：

1、本研究通过薄膜水化和微流控方法，制备以硫酸软骨素（Chs）/甲基丙烯酰化丝胶蛋白（SerMA）为核心，接枝叶酸（FA）和78c修饰脂质体（78c@Lipo-FA）的可注射水凝胶微球（LFDCS）。

2、LFDCS兼具仿生轴承的软骨润滑与粘附能力，降解时释放硫酸软骨素促进软骨细胞功能；在基质金属蛋白酶9作用下，释放的78c@Lipo-FA通过叶酸靶向M1型巨噬细胞并抑制其功能。

3、RNA测序显示，LFDCS通过下调PI3K/AKT信号传导和炎症反应来改善软骨细胞功能障碍。

4、动物实验证实，LFDCS可降低关节摩擦、抑制炎症并减轻软骨细胞功能障碍，为巨噬细胞介导疾病的治疗提供新策略。

图1. 78c@Lipo-FA的表征。(A) Lipo-FA的制备流程示意图，材料包括78c、氢化大豆磷脂（HPSC）、胆固醇、十八胺和DSPE-PEG2k-FA。(B)脂质体的透射电镜（TEM）图像。(C)脂质体的粒径分布（n=3）。(D)脂质体的zeta电位（n=3）。(E)流式细胞术检测骨髓来源巨噬细胞（BMMs）摄取脂质体的代表性图。(F)荧光显微镜下BMMs摄取脂质体的代表性图像（BMMs孵育4小时后）。(G) BMMs摄取脂质体的相对荧光强度（n=3）。***p<0.001

图2. LFDCS的表征。(A) LFDCS的制备流程示意图。(B)光学显微镜下观察到的SerMA水凝胶微球形态。(C) SerMA水凝胶微球的代表性扫描电镜（SEM）图像。(D) GelMA和SerMA水凝胶微球在猪软骨上的黏附情况大体观察。(E) DPG@Chs/SerMA、Chs/SerMA-NH和Chs/SerMA的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。(F) SerMA和LFDCS的代表性SEM图像。(G) PBS、SerMA、LFDS和LFDCS的摩擦系数（COF）直方图（n=3）。(H)荧光显微镜下观察LFDCS中脂质体的响应性释放。(I) LFDCS中硫酸软骨素（Chs）的释放曲线（n=3）。*p<0.05，***p<0.001

图3. LFDCS的生物相容性。(A)材料生物相容性检测流程示意图。(B,C)第1、2、3天软骨细胞的Calcein/PI染色及定量分析（n=3）。(D)第1、2、3天软骨细胞活力的CCK8检测（n=3）。ns表示无显著差异

图4. LFDCS抑制巨噬细胞向M1表型极化。(A)微球干预巨噬细胞极化的流程示意图。(B)流式细胞术检测24h时CD11b⁺CD86⁺（M1表型）和CD11b⁺CD206⁺（M2表型）的比例（n=3）。(C) qRT-PCR检测24h时M1极化相关基因（Inos、Il-1β和Tnf-α）的表达（n=3）。*p<0.05，***p<0.001，ns表示无显著差异

图5. LFDCS上调软骨细胞中ACAN表达并下调MMP13表达。(A) LFDCS干预IL-1β诱导软骨细胞的示意图。(B)免疫荧光（IF）检测软骨细胞中ACAN和MMP13的表达。(C, D)软骨细胞中ACAN和MMP13表达的定量分析（n=3）。***p<0.001

图6. LFDCS改善IL-1β诱导的软骨细胞功能障碍。(A) qRT-PCR检测软骨细胞分解代谢相关基因（Mmp3、Mmp13和Adamts4）的表达。(B) qRT-PCR检测软骨细胞合成代谢相关基因（Sox9、Col2和Acan）的表达。(C) qRT-PCR检测软骨细胞炎症基因Il-6的表达。(D) ELISA检测IL-6和TNF-α的浓度。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，ns表示无显著差异

图7. LFDCS减少OA大鼠关节内液相信号和骨赘形成。(A) LFDCS治疗流程示意图。(B) MRI扫描检测关节腔水肿情况。(C) X射线扫描检测关节表面，LAT表示侧位。(D)显微CT（µCT）扫描检测关节表面，AP表示前后位。(E) µCT扫描的膝关节三维重建图像。(F)大鼠内侧软骨间隙宽度的X射线定量分析（n=5）。(G)大鼠膝关节总骨赘的定量分析（n=5）。***p<0.001

图8. LFDCS减轻OA大鼠的软骨磨损。(A) OA大鼠关节表面磨损的H&E染色。(B) OA大鼠软骨表面的番红O（SafraninO）染色。(C)组织学评分变量的热图（n=5）。(D)大鼠关节的OARSI分级（n=5）。***p<0.001

图9. LFDCS改善软骨功能并减轻OA大鼠的滑膜炎症。(A-C)免疫组化（IHC）检测大鼠关节中ACAN、MMP13和INOS的表达。(D-E) IHC检测ACAN、MMP13和INOS数量的定量分析（n=5）。***p<0.001

图10.有无LFDCS处理的IL-1β诱导软骨细胞的RNA测序分析。(A)火山图分析IL-1β组和LFDCS组之间的差异表达基因（DEGs）。(B) GO富集分析IL-1β组和LFDCS组之间DEGs的细胞组分。(C) KEGG富集分析IL-1β组和LFDCS组之间DEGs的信号通路。(D) IL-1β组和LFDCS组之间DEGs中炎症反应和PI3K-Akt信号通路的基因集富集分析（GSEA）。(E) qRT-PCR检测Cxcl2、Cxcl3、Cxcl6、Ccl7、Ccl19、Ccl20、Pik3ap1、Jak2、Mmp9、Mmp13、Il7、Chuk的表达（n=3）。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001。IL-1β表示用IL-1β处理的软骨细胞；LFDCS表示用IL-1β和LFDCS浸出液处理的软骨细胞

论文链接：https://doi.org/10.1186/s12951-025-03544-2