恢复关节软骨润滑功能，中科院宁波材料所王荣研究员发表最新成果

文章来源：“BTIT俱乐部”公众号

关节软骨是人体关节的保护垫，它具有润滑特性，这种特性是我们日常行动自如的关键。然而，日常活动的过度磨损、意外损伤或年老时的自然退化，都可能导致软骨的润滑性下降，进而导致关节的机能衰退，形成关节炎。恢复关节软骨的润滑功能是缓解骨关节炎进程的有效疗法。

近期在Carbohydrate Polymers期刊中发表了一篇研究，中国学者研发出一种新的润滑剂——壳聚糖-聚磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸酯嵌段共聚物（CS-b-pSBMA），它是通过模仿存在于软骨表面的润滑生物分子而设计的，目的是恢复关节软骨的润滑作用，以减缓甚至停止骨关节炎（OA）的进展。

该研究中，经摩擦测试确认，CS-b-pSBMA润滑剂能在人工关节材料，如Ti6Al4V合金上，达到出色的润滑效应，摩擦系数低至0.008，同时在模拟骨关节炎的软骨上，其性能优于传统的透明质酸润滑剂，通过荧光标记实验也证明了润滑剂对软骨表面的吸附效果。此外，CS-b-pSBMA润滑剂具有出色的稳定性，可以抵抗酶的降解，最长甚至可以存储4周。体外研究显示，CS-b-pSBMA润滑剂具有良好的抗菌活性和生物相容性。体内研究证实，CS-b-pSBMA润滑剂稳定，能够缓解骨关节炎小鼠膝关节软骨的退化过程。总的来说，这种仿生润滑剂可作为治疗OA和软骨功能恢复的有前途的关节润滑剂。

新型润滑剂如何模仿软骨表面润滑生物分子

在自然界中，人体的关节通过润滑分子保持良好滑动，这些润滑分子主要是蛋白质和多糖。它们共同在关节表面形成一层弹性、湿润、防磨损的保护层，以实现对关节的保护。

这一新型润滑剂是通过对高分子聚合物的两性离子化改性，形成了一种多功能系统，**用以模拟关节软骨中复杂的生物分子系统。**具体是，研究人员选用壳聚糖和聚磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸酯进行嵌段共聚，得到了CS-b-pSBMA线性刷状聚合物分子，它可以吸附在摩擦界面形成一层水化层，这种结构在物理和化学性质上模拟了软骨的润滑分子。

新型润滑剂的关键在于其仿生的设计和合成。通过精心设计和选择合适的高分子聚合物，**可以模仿生物分子的微观和宏观行为。**在合成过程中，首先通过自由基聚合反应制备出这种共聚物，由于结构中壳聚糖的阳离子特性和聚磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸酯的超亲水性，共聚物分子会通过静电相互作用与基材或带负电荷的软骨表面结合，并在聚磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸酯的超亲水作用下形成一层致密水化层，为摩擦界面提供优异的水合润滑效果，这一过程在很大程度上模仿了自然界中生物分子形成润滑层的过程。

**有趣的是，这种新型润滑剂的原料——壳聚糖——实际上是一种非常普遍的生物质。**壳聚糖是一种天然多糖，来源于虾蟹等海产品的外壳。不仅如此，壳聚糖因其生物相容性、生物降解性、生物活性以及其反应性功能基团的存在，使得其在食品科学、生物医药、农业、环境保护等领域都有十分广泛的应用。如今，这种自然材料被研究者以全新的方式应用，或许将揭示它在健康领域内更大的潜力。

新型润滑剂的应用前景与启发

这项新发现，对于人类在关节问题的解决和天然材料利用方面，都具有较大的潜力。

1.提供新的治疗方法
对于患有关节疾病，特别是骨关节炎的患者，这种新型润滑剂的发现提供了一种可能的治疗方案。这种润滑剂可以通过恢复关节内润滑环境的平衡，减轻关节疼痛和炎症。一定程度上解决关节疾病的问题，即通过润滑关节，防止软骨的进一步磨损。

2. 天然材料的可持续利用
壳聚糖是一种天然材料，来源广泛，易于获取。利用这种天然材料制备润滑剂，不仅符合环保理念，同时也降低了成本，使之可能在大规模生产下成为经济高效的治疗关节疾病的新方法。

3. 潜在的科学研究价值
这项发现还为科学家提供了一个研究和利用自然材料的新视角。两性离子共聚物的研究可帮助我们更好地理解生命中润滑现象的生物学和化学机制，可能带来更多有关生物材料、化学生物学和生物医药等领域的研究突破。

4. 医药领域的广泛应用前景
以壳聚糖为基础的这种新型润滑剂有可能广泛应用于医疗和生物工程领域。如在进行人工关节置换等手术时，可以作为润滑剂使用，减少人工关节的磨损和病人的疼痛。同时，由于其生物相容性好、易于降解等优点，可能在药物输送、组织工程、生物3D打印等领域也有广泛应用。

**文章所述的新型润滑剂无疑是生物医学领域的一项重要贡献，它可能为我们提供一种比透明质酸更加高效和稳定的替代方案。**但同时也不能忽视，任何科研成果要想从实验室走向临床实践，都需要进行一系列的测试和研究。这只是旅程的开始，后续需要进行的工作还很多，但是这项新成果无疑为我们向着深入研究人体关节疾病发展以及研发新型治疗手段提供了理想的开端，希望这一点能为那些正在因各种关节疾病而受苦的人们带来一丝希望，也为我们理解人体工作机理，特别是关节如何工作，提供新的视角和理解。

【参考文献】
[1]Deng J, Wei R, Qiu H, Wu X, Yang Y, Huang Z, Miao J, Liu A, Chai H, Cen X,ang R. Biomimetic zwitterionic copolymerized chitosan as an articular lubricant. Carbohydr Polym. 2024 Ap15;330:121821. doi:10.1016/j.carbpol.2024.121821. Epub 2024 Jan 15. PMID: 38368102.

专家点评

陈垍航，副主任医师，医学博士，浙江省人民医院运动医学科主任助理。

现任中华医学会运动医疗分会下肢运动创伤学组委员；中华医学会运动医疗分会上肢学组青年委员；浙江省医师协会运动医学分会委员；浙江省医师协会骨科分会青年委员会副主任委员；浙江省医学会运动医学分会青年委员；浙江省医学会运动医学分会上肢学组委员；浙江省医学会骨科分会小儿骨科学组委员；浙江省康复医学会运动医学分会青年委员会委员；浙江省体育科学学会运动医学专业委员会青年委员；中国医药教育协会肩肘运动医学规范化培训浙江中心委员；浙江省医学会组织修复与再生分会青年委员。被聘为浙江省2020-2022年周期体育赛事（东京奥运会、陕西全运会、杭州亚运会）医疗保障组专家，浙江省首批运动员伤病认定专家库成员，杭州市公安局特警支队运动医疗保障专家，浙江绿城足球俱乐部名誉队医。

骨关节炎目前没有特别有效的治疗药物，临床上常予以关节腔内注射玻璃酸钠的方法。但是玻璃酸钠容易降解，需要频繁注射，指南对其推荐方向和强度也尚不统一。创新型的关节液需要满足极低的摩擦系数、足够的持久性、自身无毒无副作用、降解产物也无毒无副作用等要求，本文在创新的道路上给了我们新的启发。