骨骼疾病不仅影响人们的身体功能，由疼痛、生理功能紊乱等导致的失眠、焦虑等，还会进一步影响人们的精神健康。进入21世纪以来，中国人口老龄化问题严重，骨相关疾病逐渐呈现年轻化趋势，因此，在医疗投入方面，用于骨骼健康的经济负担加重，基础卫生系统也面临新的挑战。四川大学李建树教授团队从医用高分子材料出发，设计了一系列生物材料解决骨缺损（Adv. Sci., 2022,9, 2204535）、骨关节炎（Carbohydr. Poym., 2021,274, 118672; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 27360–27370; Mater. Horiz., 2023,10, 2554-2567）和骨质疏松（J. Control. Release, 2019, 304, 39-50; J. Control Release, 2021,338, 486–504）等骨相关问题。
骨关节炎（OA）是一种以软骨降解和滑膜炎症为特征的退行性疾病；全球OA患者已经超过3.5亿，我国OA的总发病率也超过13%。在OA关节中，关节润滑功能的丧失、活性氧/活性氮过表达、炎症反应加剧都会造成软骨基质的流失，最终破坏关节稳态。近年，用于关节润滑的润滑剂、水凝胶、纳米酶等得到大力发展，但是，其最终治疗效果依赖于抗炎药物、氨糖或促软骨分化因子。单方面调节分解代谢或者合成代谢对关节稳态的重塑达不到理想的效果。因此，克服治疗材料对于药物的依赖性以及同时调节分解/合成代谢对于OA治疗以及关节稳态重塑至关重要。
近日，该团队设计了一种新型光热纳米酶（MPMP）材料，通过同时模拟抗氧化酶和透明质酸合成酶活性，调节分解代谢与合成代谢实现骨关节炎治疗，从而攻坚“软骨一旦损伤便难以修复”这一难题。相关工作以“Mimicking Antioxidases And Hyaluronan Synthase: A Novel Zwitterionic Nanozyme for Photothermal Therapy of Osteoarthritis”为题发表在《Advanced Materials》期刊上，论文的第一作者为俞鹏博士，通讯作者为李建树教授和谢婧副研究员。该工作得到了国家自然科学基金杰出青年基金（51925304）和面上项目（52073191、51973133）支持。
图1 MPMP纳米酶结构及功能示意图
【文章要点】
通过将MoS2封装在掺Mg2+聚多巴胺内部以及表面接枝磺酸甜菜碱聚合物，可以制备出MoS2@PDA-Mg@PSBMA（MPMP）纳米酶。
图2 MPMP纳米酶的制备及其理化性能
MPMP纳米酶具有稳定的光热转换性能（36.40%），可以实现Mg2+按需控释、关节局部产热、润滑性能增强（μ = 0.028）。
图3 MPMP纳米酶的光热性能
MPMP可以通过模拟抗氧化酶，实现ROS/RNS清除；其中类CAT活性（Km = 10.61 mM，Vmax = 0.56 mM/min）能够实现底物亲和力和最大反应速率的增强。
图4 MPMP纳米酶的类抗氧化酶活性
MPMP-NIR参与了热休克反应、细胞分解代谢与合成代谢，通过抑制NF-κB、IL-17信号通路与激活MAPK信号通路，实现在炎症环境下促进BMSCs的成软骨分化过程。
图5 RNA-seq和PCR分析
MPMP-NIR可以增加BMSCs细胞内的Aggrecan和Col II的表达。同时，MPMP-NIR促进SMSCs细胞内和细胞外透明质酸的量，从而体现类透明质酸合成酶活性。
图6 MPMP-NIR促成软骨分化及类透明质酸合成酶活性机理
在MIA诱导的OA小鼠模型中，MPMP-NIR可以抑制骨赘生成，减少关节软骨表面磨损，OARSI评分下降88.57%，对合成代谢与分解代谢均具有调节作用，从而重塑关节稳态。
图7 MPMP-NIR的光热治疗效果与机理
【课题组介绍】
四川大学硬组织医用高分子材料团队长期致力于硬组织（牙和骨）相关的医用高分子材料的基础研究及产业转化工作。研究方向紧密结合学科前沿与国家重大需求，主要包括：（1）仿天然蛋白/多糖构建功能性高分子材料促骨、牙釉质、牙本质、软骨等的修复和再生；（2）生物矿化启迪构建受限空间下的可控矿化体系及应用；（3）天然蛋白与多酚构建多功能硬组织修复体系；（4）硬组织启迪的各向异性复合材料体系及应用；（5）口腔医用材料和医疗器械的产业开发。
详情可见：
http://www.jianshu-scugroup.com/index.html.
原文出处：
https://doi.org/10.1002/adma.202303299
转自：“高分子科学前沿”微信公众号
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