VisuGait客戶文章丨南方醫(yī)科大學(xué)林荔軍/南方科技大學(xué)唐斌揭示羧甲基殼聚糖-鍶如何逆轉(zhuǎn)骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)程

骨關(guān)節(jié)炎（OA）是一種與年齡相關(guān)的關(guān)節(jié)疾病，也是導(dǎo)致身體殘疾的主要原因之一，現(xiàn)有藥物治標(biāo)不治本。

基于此，南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院林荔軍、南方科技大學(xué)唐斌研究團(tuán)隊(duì)在《Carbohydrate Polymers》雜志發(fā)表了“Synthesis of carboxymethyl chitosan-strontium complex and its therapeutic effects on relieving osteoarthritis”揭示了羧甲基殼聚糖-鍶復(fù)合物的合成及其緩解骨關(guān)節(jié)炎的治療效果。

本研究合成并表征了新型復(fù)合物羧甲基殼聚糖鍶（CMCS-Sr）。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，CMCS-Sr在體外能促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖、抑制凋亡并提升II型膠原分泌；轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示其具有抗炎與抗凋亡機(jī)制；體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示其顯著減輕軟骨損傷及軟骨下骨退化。總之，CMCS-Sr是治療骨關(guān)節(jié)炎的極具潛力的候選藥物。

圖一 CMCS-Sr制備過程

掃描電鏡（SEM）顯示，引入鍶元素后，材料表面從原本光滑均勻變?yōu)榇植陬w粒狀，證實(shí)了結(jié)構(gòu)修飾的成功；能譜分析（EDS）進(jìn)一步“實(shí)錘”，檢測(cè)到均勻分布的鍶元素，確證復(fù)合物合成無誤。

有趣的是，原子力顯微鏡（AFM）揭示其核心“骨架”未變，兩者仍保持規(guī)則的球形納米結(jié)構(gòu)（100-200納米），說明鍶的加入僅改變了材料的“表面紋理”，并未破壞其原本的自組裝形態(tài)。

圖二 CMCS-Sr對(duì)骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞增殖的影響及細(xì)胞活力染色

細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示，CMCS-Sr對(duì)骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞具有濃度依賴性的促增殖作用：在100 μg/mL濃度下效果最佳（更高濃度反而抑制），且顯著優(yōu)于單純CMCS組。

活死細(xì)胞染色進(jìn)一步證實(shí)，兩者均具備優(yōu)良的生物相容性（活細(xì)胞多、死細(xì)胞少），但CMCS-Sr在促進(jìn)細(xì)胞存活與增殖方面表現(xiàn)更為出色，因此被選定為后續(xù)研究的最佳濃度和方案。

圖三 體內(nèi)驗(yàn)證研究

作者利用。

由于疼痛導(dǎo)致關(guān)節(jié)活動(dòng)度下降，在擺動(dòng)肢體向前的過程中，手術(shù)創(chuàng)傷膝關(guān)節(jié)的屈伸幅度可能會(huì)減小。

代表性的大鼠步態(tài)顯示，假手術(shù)組大鼠的足跡幾乎分布在同一水平線上，而對(duì)照組則未呈現(xiàn)這一趨勢(shì)。CMCS-Sr組大鼠的足跡呈平行分布。由于大鼠傾向于鎖定關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍以最小化疼痛，手術(shù)創(chuàng)傷膝關(guān)節(jié)的行走速度可能會(huì)降低。與假手術(shù)組相比，OA模型對(duì)照組的行走速度顯著減慢；然而，CMCS組和CMCS-Sr組的行走速度均顯著增加，且CMCS-Sr組的速度明顯快于CMCS組。此外，CMCS-Sr組大鼠的平均左/右后足壓力比值相較于對(duì)照組顯著降低。

步態(tài)結(jié)果表明，CMCS-Sr組大鼠的平衡能力得到改善，機(jī)械性失衡趨于緩解。膝關(guān)節(jié)寬度測(cè)量結(jié)果顯示，對(duì)照組的膝關(guān)節(jié)寬度較假手術(shù)組顯著增加。然而，與對(duì)照組相比，CMCS組和CMCS-Sr組的膝關(guān)節(jié)寬度增加幅度顯著較小。軟骨形態(tài)觀察顯示，假手術(shù)組大鼠軟骨完好無損，而對(duì)照組可見顯著的關(guān)節(jié)軟骨損傷。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，得益于鍶元素的協(xié)同增效，CMCS-Sr在恢復(fù)軟骨力學(xué)性能、提升骨密度及抑制骨流失方面均顯著優(yōu)于單純CMCS，展現(xiàn)出遏制骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)展的巨大潛力。

總結(jié)

本研究成功合成新型復(fù)合物CMCS-Sr，證實(shí)鍶離子與羧甲基殼聚糖通過配位鍵穩(wěn)定結(jié)合；體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)一致表明，該復(fù)合物不僅能促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖、抑制凋亡并上調(diào)II型膠原，還能顯著下調(diào)炎癥因子（IL-1β, IL-6, MMP-9）及調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)基因（p53/Bcl-2）；在大鼠模型中，CMCS-Sr有效改善關(guān)節(jié)功能、修復(fù)軟骨損傷并保護(hù)軟骨下骨，展現(xiàn)出作為骨關(guān)節(jié)炎多功能治療制劑的巨大臨床潛力。

文章來源：

https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.117869

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