北京大学深圳医院曾晖团队《自然·通讯》：一种可注射明胶基水凝胶负载脂质体包裹特立帕肽治疗膝关节骨关节炎

膝关节骨关节炎（osteoarthritis，OA）是以关节软骨退变为特征的退行性疾病，伴随多重表型，可累及整个关节腔组织且不断恶化，导致关节软骨侵蚀退变、滑膜炎及软骨下骨异常重塑等。关节腔注射局部药物治疗是目前认为较有效且副作用较低的一种治疗手段，但存在药物流失快及反复注射等不足。

基于以上背景，北京大学深圳医院曾晖教授课题组设计了一种可注射明胶基水凝胶负载脂质体包裹特立帕肽用于治疗OA。首先，利用薄膜水化法将水溶性良好的特立帕肽（PTH(1-34)）装载在脂质体颗粒中，随后将颗粒分散在没食子酸改性明胶水溶液中，在谷氨酰胺转移酶的催化下形成可注射水凝胶（GLP）。该水凝胶具有以下优势：（i）GLP水凝胶制备方法简单、温和，其中不含任何有毒或不可降解成分，具备良好的生物安全性；（ii）GLP水凝胶可缓释活性成分PTH(1-34)，协同没食子酸，达到缓解炎症、促软骨细胞增殖、保护软骨细胞OA退变及促进软骨细胞细胞外基质形成的作用；（iii）GLP水凝胶预聚液经关节腔注射后可在小鼠关节腔内原位成胶，成胶后不影响膝关节活动；该水凝胶可保护DMM小鼠关节软骨退变，减缓OA进展并促进糖胺聚糖的合成。本论文的研究思路如图1所示。

GLP水凝胶可促进ATDC5细胞增殖

通过Live/Dead染色法评估GLP水凝胶对ATDC5细胞的毒性，证实了GLP水凝胶对ATDC5细胞没有显著的细胞毒性作用。通过EdU染色评估GLP水凝胶对ATDC5细胞的促进增殖情况，提示GLP水凝胶可促进ATDC5细胞的增殖。通过FCM评估GLP水凝胶对ATDC5细胞的促进增殖情况，提示GLP水凝胶可促进ATDC5细胞的G2/M的比例，即GLP水凝胶可促进ATDC5细胞增殖。通过IF评估GLP水凝胶对ATDC5细胞的促进增殖情况，提示GLP水凝胶可增加PTH1R受体表达，促进ATDC5细胞的增殖。

GLP水凝胶可保护IL-1β刺激的ATDC5细胞

通过FCM评估GLP水凝胶对IL-1β刺激的ATDC5细胞凋亡的影响，提示GLP水凝胶可通过降低IL-1β刺激的ATDC5细胞的凋亡比例。通过IF评估GLP水凝胶对IL-1β刺激的ATDC5细胞凋亡和增殖的影响，提示GLP水凝胶可通过降低凋亡率，促进细胞增殖，促进ECM表达，体现出了GLP水凝胶对IL-1β刺激的ATDC5细胞的保护作用。通过RT-qPCR评估GLP水凝胶对IL-1β刺激的ATDC5细胞ECM合成代谢和分解代谢的影响，提示GLP水凝胶可通过促进ECM表达来保护IL-1β刺激的ATDC5细胞。

本研究体外实验结果表明GLP水凝胶可保护IL-1β刺激的ATDC5细胞OA退变达到治疗OA的效果。

GLP水凝胶缓解DMM小鼠关节软骨磨损

通过观察关节软骨大体表标本外观变化评估其治疗作用。经关节腔注射GLP水凝胶的DMM小鼠的胫骨平台表面磨损痕迹明显缓解（见论文支撑材料），接近Sham组。进一步通过H&E、甲苯胺蓝等组织切片染色比较小鼠关节软骨的组织形态学变化，结果提示经关节腔注射GGA水凝胶、LP和GLP水凝胶后，DMM小鼠关节软骨中ECM的含量和成分破坏得到缓解和保护，其中GLP水凝胶组治疗效果最明显。

进一步对关节软骨的某些关键蛋白包括PTH1R、SOX9、AGC和COLⅡ表达进行IHC分析，提示仅经过含有PTH（1-34）治疗的小鼠中，PTH1R蛋白表达明显增加，可能通过上调PTH1R表达发挥治疗作用。仅经过GLP水凝胶治疗组中的SOX9、AGC和COLⅡ呈更深棕色，提示GLP水凝胶组促进ECM相关蛋白表达增加。

综上所述，本章节体内实验的组织形态学染色研究结果表明，GLP水凝胶可通过减轻关节软骨大体磨损，减少关节软骨厚度丢失，并保留ECM中PG的含量以减轻关节软骨退变，体现出对膝关节OA的治疗作用。

该研究成果以“An injectable liposome-anchored teriparatide incorporated gallic acid-grafted gelatin hydrogel for osteoarthritis treatment”为题发表在《Nature Communications》（Nat. Commun. 2023,14,3159）（Q1，影响因子：17.695）。该论文第一作者及通讯作者单位均为北京大学深圳医院，北京大学深圳医院博士生李国庆、刘苏及硕士生陈奕孝为论文共同一作；北京大学深圳医院曾晖教授、陈英奇副研究员和刘朋副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市科技创新委员会基金等项目的支持。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-38597-0

来源：BioMed科技

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