文獻信息

上海市第十人民醫院骨科、上海大學生命科學學院材料實驗室、上海大學生命科學學院和醫學院藥物實驗室等團隊合作的研究成果“Radical-Scavenging and Subchondral Bone-Regenerating Nanomedicine for Osteoarthritis Treatment(自由基清除和軟骨下骨再生納米藥物治療骨關節炎)在雜志ACS NANO(IF:18.027)上發表。平生公司的離活一體CT(NEMO)在論文中提供了重要的大鼠膝關節圖像和定量分析。

該研究上海大學陳雨教授、向慧靜副教授；上海市第十人民醫院李國東教授為共同通訊作者，陸恒立為第一作者。

文獻摘要

骨關節炎(OA)的特點是軟骨退化和軟骨下骨重塑。然而，現有的研究大多只關注軟骨退化或軟骨下骨病變，很少關注這兩種病變的協同作用。在此，作者開發了一種雙功能藥物，同時保護軟骨和實現軟骨下骨修復。黑磷納米片(BPNSs)具有較強的活性氧(ROS)清除能力和較高的生物相容性，也具有顯著的促進成骨作用。BPNSs有效地消除細胞內ROS，從而保護軟骨基質合成代謝和分解代謝之間固有的穩態。

BPNSs處理的OA軟骨細胞的RNA測序結果進一步揭示了軟骨細胞功能的恢復、抗氧化酶的激活和炎癥的調節。另外的體內評估有力地證實了BPNSs抑制軟骨退化和防止OA進展。同時，組織學評價和顯微CT掃描分析證實了BPNSs對OA的改善效果令人滿意。此外，BPNSs良好的生物相容性使其成為OA治療的有競爭力的候選藥物。這種基于BPNS的OA的獨特疾病改善治療為OA的軟骨退化和軟骨下骨病變的雙功能治療策略提供了見解和范例，并探索了BPNS納米醫學在骨科中的更廣泛的生物醫學應用。

實驗方法

ACLT誘導OA模型的構建

Sprague-Dawley(SD)大鼠(200g)。為了評估BPNSs對OA的體內治療作用，作者在SD大鼠身上進行了ACLT88實驗，建立了膝關節OA動物模型。動物隨機分為4組:假手術組、對照組、BPNS+組和BPNS++組。總之，對照組和BPNSs治療組在適當的異氟醚麻醉下，在直視下仔細暴露并橫切動物右腿前交叉韌帶。假手術組暴露前交叉韌帶，但未橫切。術后2周關節內注射BPNS(BPNS+組10μg/mL, BPNS++組50μg/mL)，每2天注射1次，連續2周。對照組為OA膝關節，假手術組為正常膝關節，在同一時間點給予生理鹽水治療。在ACLT術后4周和8周處死大鼠進行進一步實驗。

Micro-CT 掃描和分析

解剖膝關節在4%多聚甲醛固定液中固定3天。然后，使用微型CT設備(Nemo NMC-100, 平生醫療科技有限公司)掃描膝關節。利用Avatar軟件1.6.6對掃描結果進行進一步分析，得到膝關節三維重建圖像及骨小梁體積/總容積(BV/TV)和骨小梁分離(Tb.Sp)的結果。

實驗結果

BPNSs對OA的體內治療效果和療效

為了在體內評估BPNSs對OA的治療效果，作者在大鼠中進行了前交叉韌帶橫斷(ACLT)，以建立膝關節OA動物模型。術后2周通過關節內注射給予BPNSs(BPNS+組、BPNS++分別為10μg/mL和50μg/mL)，每2天注射一次，持續2周。接受ACLT手術作為OA膝關節的對照大鼠和代表正常膝關節的假手術大鼠在相同的時間點用生理鹽水治療。在ACLT手術后4周和8周處死大鼠。

通過微計算機斷層掃描(Micro-CT)分析監測軟骨下骨重建。對照組的三維重建圖像顯示出典型的OA變化，如骨贅形成和關節畸形，而BPNS治療組的關節形態沒有觀察到顯著變化(圖6d，e，上排)。此外，大鼠脛骨內側平臺的冠狀CT圖像揭示了不同組軟骨下骨的形態學變化。對照OA大鼠的軟骨下骨發生了嚴重的骨吸收，如稀疏的骨小梁所示(圖6d，e，下排)。根據顯微CT定量分析，在BPNS治療組中，對照OA膝關節中BV/TV的減少和骨小梁分離度(Tb.Sp)的增加得到了顯著挽救(圖6f−h)。

BPNSs在體內減弱OA進展. (d,e)不同處理大鼠膝關節在第4周和第8周的代表性三維重建圖像(上排)和不同組大鼠脛骨內側平臺的冠狀位微CT圖像(下排)。(f−i)。術后4周(f,g)和8周(h,i)顯微CT測量BV/TV和Tb.Sp。假手術組代表正常膝關節，對照組代表ACLT誘導的OA膝關節，給予生理鹽水處理。BPNS+組和BPNS++組分別代表10和50μg/mL BPNS處理后ACLT誘導的OA膝關節。所有數據均以均數±標準差(SD)表示。* p < 0.05， ** p < 0.01， *** p < 0.001。

文獻結論

總之，作者在合理設計的BPNSs的基礎上，針對軟骨保護和軟骨下骨修復，開發了一種獨特的OA雙功能疾病治療方法。所采用的BPNSs作為一種特殊的ROS清除劑，可以有效地清除OA軟骨細胞中產生的ROS，從而保護軟骨細胞的適當生物功能免受ROS誘導的軟骨降解。重要的是，在特定的生物降解產物的基礎上，BPNSs顯示出令人滿意的原位生物礦化能力，并增強了BMSCs的成骨分化，這有助于OA的軟骨下骨修復。隨后的體內實驗表明，在ACLT誘導的大鼠OA模型的基礎上，BPNSs有效地維持了OA中的軟骨形態和軟骨下骨體積。BPNSs具有軟骨保護和軟骨下骨修復的雙重功能，被認為是一種有趣的治療腫瘤的納米平臺。

使用設備

  Micro CT (型號：NEMO) (平生醫療科技) 
影像軟件：Avatar（平生醫療科技）