背景

关节软骨缺损，即骨头末端的光滑白色组织失去再生能力，可能诱发骨关节炎，这是慢性残疾的第一大原因，到2030年该病的治疗每年花费将超过30亿美元。先进的生物材料指导的基因载体的传递是一种新兴的，高度有吸引力的治疗方案，能够以精确的方式控制和微创地递送基因载体，减少关节内载体的扩散和治疗性基因产物的可能损失。

亮点

近期，德国萨尔大学的Magali Cucchiarini等报道了一种生物材料传导的基因载体在软骨损伤动物体内的首次成功应用。研究人员制备出一种基于聚环氧乙烷（PEO）-聚环氧丙烷（PPO）-PEO的可注射热敏水凝胶，能够控制治疗性重组腺相关病毒（rAAV）载体的原位释放，以改善动物体软骨缺损修复，这是关于注射水凝胶在动物体内发挥疗效的首次报道。

如图1所示，PEO–PPO–PEO共聚物是基于亲水性PEO和疏水性PPO的非离子型三嵌段共聚物，该共聚物具有自组装性和温度敏感性，即在高于临界胶束浓度下，各单体可以自组装成胶束，胶束可进一步形成具有高粘度的3D凝胶，并在37°C左右显示出溶胶-凝胶转变，从而实现微创的体内注射，能够在植入位置持续和受控释放药剂。

图1. PEO-PPO-PEO嵌段共聚物的结构和热敏特性

PEO–PPO–PEO热敏水凝胶的注射应用

如图2所示，研究人员在成年小型猪的两个关节处以软骨缺损。同时，将携带rAAV-FLAG-hsox9载体（sox9 /水凝胶）和对照rAAV-lacZ载体（lacZ /水凝胶）的PEO-PPO-PEO水凝胶注入软骨缺损处，覆盖软骨下骨板并完全填充缺损。

图2. 小型猪关节植入水凝胶以控制rAAV释放流程图

PEO–PPO–PEO热敏水凝胶的应用后测试

手术四周后，移植出含有缺陷的软骨单元，对其进行标准化的宏观、组织学、免疫组织化学和micro-CT分析，以监测早期骨软骨修复。

结果如图3所示，sox9 /水凝胶的使用显着改善了缺损的软骨填充病增加了软骨的厚度，而且未观察到关节积液、炎症等的形成。研究人员还观察到，sox9 /水凝胶组中II型胶原的沉积更高（图3c），这是由于sox9/水凝胶实验组中有更多的sox9阳性细胞，这表明通过PEO–PPO–PEO指导rAAV的控释改善了基因的表达。

图3. 小型猪软骨修复结果分析图

软骨修复组织胶原纤维取向

如图4进一步的软骨组织生长分析可以看出，在软骨修复组织的基底区域内，lacZ /水凝胶组中的胶原蛋白取向在多个角度范围内，而sox9 /水凝胶组中胶原蛋白则更类似于正常的软骨，并能够显着提高组织的刚度以及持久性地增强软骨修复组织。

图4.软骨修复组织胶原纤维取向的定量分析图

组织形态分析

随后，研究人员进行了组织形态计量分析，以确定水凝胶对软骨生长的影响，如图5所示，sox9 /水凝胶组的成熟软骨形成面积更大，且软骨形成面积/软组织修复率的比例明显提高，同时在软骨修复组织中观察到软骨细胞明显多于间充质干细胞，并具有更高的细胞率，这表明经PEO-PPO-PEO水凝胶引导的sox9处理显著改善了软骨生长。

图5. 软骨形成的组织形态学分析图

本篇文章中，研究人员首次报道了基于热敏水凝胶传导的基因载体在软骨损伤动物体内的应用，实现了基因的受控和微创传递，而不会在体内损失治疗性基因产物，从临床转化的角度来看，这种生物材料指导的基因载体传递对于软骨缺损的治疗特别有吸引力，并且可能在不久的将来为改善软骨修复的治疗迈出重要一步！

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201906508