文献信息

上海市第十人民医院骨科、上海大学生命科学学院材料实验室、上海大学生命科学学院和医学院药物实验室等团队合作的研究成果“Radical-Scavenging and Subchondral Bone-Regenerating Nanomedicine for Osteoarthritis Treatment(自由基清除和软骨下骨再生纳米药物治疗骨关节炎)在杂志ACS NANO(IF:18.027)上发表。平生公司的离活一体CT(NEMO)在论文中提供了重要的大鼠膝关节图像和定量分析。

该研究上海大学陈雨教授、向慧静副教授；上海市第十人民医院李国东教授为共同通讯作者，陆恒立为第一作者。

文献摘要

骨关节炎(OA)的特点是软骨退化和软骨下骨重塑。然而，现有的研究大多只关注软骨退化或软骨下骨病变，很少关注这两种病变的协同作用。在此，作者开发了一种双功能药物，同时保护软骨和实现软骨下骨修复。黑磷纳米片(BPNSs)具有较强的活性氧(ROS)清除能力和较高的生物相容性，也具有显著的促进成骨作用。BPNSs有效地消除细胞内ROS，从而保护软骨基质合成代谢和分解代谢之间固有的稳态。

BPNSs处理的OA软骨细胞的RNA测序结果进一步揭示了软骨细胞功能的恢复、抗氧化酶的激活和炎症的调节。另外的体内评估有力地证实了BPNSs抑制软骨退化和防止OA进展。同时，组织学评价和显微CT扫描分析证实了BPNSs对OA的改善效果令人满意。此外，BPNSs良好的生物相容性使其成为OA治疗的有竞争力的候选药物。这种基于BPNS的OA的独特疾病改善治疗为OA的软骨退化和软骨下骨病变的双功能治疗策略提供了见解和范例，并探索了BPNS纳米医学在骨科中的更广泛的生物医学应用。

实验方法

ACLT诱导OA模型的构建

Sprague-Dawley(SD)大鼠(200g)。为了评估BPNSs对OA的体内治疗作用，作者在SD大鼠身上进行了ACLT88实验，建立了膝关节OA动物模型。动物随机分为4组:假手术组、对照组、BPNS+组和BPNS++组。总之，对照组和BPNSs治疗组在适当的异氟醚麻醉下，在直视下仔细暴露并横切动物右腿前交叉韧带。假手术组暴露前交叉韧带，但未横切。术后2周关节内注射BPNS(BPNS+组10μg/mL, BPNS++组50μg/mL)，每2天注射1次，连续2周。对照组为OA膝关节，假手术组为正常膝关节，在同一时间点给予生理盐水治疗。在ACLT术后4周和8周处死大鼠进行进一步实验。

Micro-CT 扫描和分析

解剖膝关节在4%多聚甲醛固定液中固定3天。然后，使用微型CT设备(Nemo NMC-100, 平生医疗科技有限公司)扫描膝关节。利用Avatar软件1.6.6对扫描结果进行进一步分析，得到膝关节三维重建图像及骨小梁体积/总容积(BV/TV)和骨小梁分离(Tb.Sp)的结果。

实验结果

BPNSs对OA的体内治疗效果和疗效

为了在体内评估BPNSs对OA的治疗效果，作者在大鼠中进行了前交叉韧带横断(ACLT)，以建立膝关节OA动物模型。术后2周通过关节内注射给予BPNSs(BPNS+组、BPNS++分别为10μg/mL和50μg/mL)，每2天注射一次，持续2周。接受ACLT手术作为OA膝关节的对照大鼠和代表正常膝关节的假手术大鼠在相同的时间点用生理盐水治疗。在ACLT手术后4周和8周处死大鼠。

通过微计算机断层扫描(Micro-CT)分析监测软骨下骨重建。对照组的三维重建图像显示出典型的OA变化，如骨赘形成和关节畸形，而BPNS治疗组的关节形态没有观察到显著变化(图6d，e，上排)。此外，大鼠胫骨内侧平台的冠状CT图像揭示了不同组软骨下骨的形态学变化。对照OA大鼠的软骨下骨发生了严重的骨吸收，如稀疏的骨小梁所示(图6d，e，下排)。根据显微CT定量分析，在BPNS治疗组中，对照OA膝关节中BV/TV的减少和骨小梁分离度(Tb.Sp)的增加得到了显著挽救(图6f−h)。

BPNSs在体内减弱OA进展. (d,e)不同处理大鼠膝关节在第4周和第8周的代表性三维重建图像(上排)和不同组大鼠胫骨内侧平台的冠状位微CT图像(下排)。(f−i)。术后4周(f,g)和8周(h,i)显微CT测量BV/TV和Tb.Sp。假手术组代表正常膝关节，对照组代表ACLT诱导的OA膝关节，给予生理盐水处理。BPNS+组和BPNS++组分别代表10和50μg/mL BPNS处理后ACLT诱导的OA膝关节。所有数据均以均数±标准差(SD)表示。* p < 0.05， ** p < 0.01， *** p < 0.001。

文献结论

总之，作者在合理设计的BPNSs的基础上，针对软骨保护和软骨下骨修复，开发了一种独特的OA双功能疾病治疗方法。所采用的BPNSs作为一种特殊的ROS清除剂，可以有效地清除OA软骨细胞中产生的ROS，从而保护软骨细胞的适当生物功能免受ROS诱导的软骨降解。重要的是，在特定的生物降解产物的基础上，BPNSs显示出令人满意的原位生物矿化能力，并增强了BMSCs的成骨分化，这有助于OA的软骨下骨修复。随后的体内实验表明，在ACLT诱导的大鼠OA模型的基础上，BPNSs有效地维持了OA中的软骨形态和软骨下骨体积。BPNSs具有软骨保护和软骨下骨修复的双重功能，被认为是一种有趣的治疗肿瘤的纳米平台。

使用设备

                                  Micro CT (型号：NEMO) (平生医疗科技)

                                          影像软件：Avatar（平生医疗科技）