导读：

骨关节炎（OA）是慢性疼痛的最常见原因之一。然而，目前的OA疼痛疗法往往无法取得令人满意的结果。为了有效缓解OA疼痛，重庆医科大学第一临床学院白定群教授、韩晓宇博士与上海交通大学护理学院陈亮等人合作，开发了一种超声响应性压电镇痛微球（BaTiO₃-RVG@GA/HA），该微球在超声作用下可产生电脉冲，通过调节电压门控钠通道Nav1.7阻断疼痛信号传递，有效缓解骨关节炎疼痛并改善关节病理损伤。相关研究以“Ultrasound-responsive piezoelectric analgesic microspheres alleviate osteoarthritis pain”为题发表于期刊《Journal of Controlled Release》。

本文要点：

1、本研究开发了一种超声响应性压电镇痛微球（BaTiO₃-RVG@GA/HA），旨在有效缓解骨关节炎（OA）疼痛。

2、该微球通过微流控技术先构建甲基丙烯酰化明胶（GelMA）和甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）复合水凝胶微球（GA/HA），再将经狂犬病病毒糖蛋白（RVG）修饰的钛酸钡（BaTiO₃）压电纳米颗粒负载其上而形成。

3、在超声作用下，这种镇痛微球能产生电脉冲，通过调节电压门控钠通道（VGSCs）Nav1.7来阻断疼痛信号传递，从而缓解OA疼痛。

4、体外研究证实其能有效降低疼痛相关分子表达，体内研究显示其可显著减少大鼠疼痛相关行为及关节病理损伤，实现OA疼痛改善与关节损伤管理的双重效果。

这种超声响应压电镇痛微球（BaTiO₃-RVG@GA/HA）的作用机制主要基于超声介导的压电效应及靶向调控疼痛信号传递，具体如下：

在超声作用下，微球中的钛酸钡（BaTiO₃）压电纳米颗粒通过压电效应将机械能转化为电脉冲。由于纳米颗粒经狂犬病病毒糖蛋白（RVG）修饰，可特异性靶向背根神经节（DRG）神经元的烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR），精准作用于DRG神经元末端。

电脉冲会导致电压门控钠通道（VGSCs）Nav1.7缓慢失活，减少DRG神经元内的钠离子（Na⁺）流入，从而阻断疼痛信号向中枢神经系统的传递。同时，该过程还能降低疼痛相关分子（如瞬时受体电位香草酸亚型1（TRPV1）、降钙素基因相关肽（CGRP））的表达，进一步抑制疼痛信号传导，实现骨关节炎疼痛的缓解。

此外，这种调控还能改善关节病理损伤，通过增加软骨合成代谢蛋白COL2的表达，降低基质降解代谢蛋白MMP13的表达，促进关节软骨的修复。

Scheme1：镇痛微球通过超声介导的压电效应缓解骨关节炎疼痛的示意图

图1：镇痛微球的表征

图2：镇痛微球的生物相容性

图3：镇痛微球的靶向能力

图4：镇痛微球的体外镇痛效果

图5：体内实验设计，用于评估镇痛微球对大鼠骨关节炎疼痛的缓解效果

图6：不同处理组大鼠的开放场试验、步态分析及痛觉测试结果，体现镇痛微球的体内镇痛效果

图7：镇痛微球的镇痛机制

图8：镇痛微球对大鼠膝关节组织病理学分析的影响

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2025.114049