最近，《工程》期刊上的一篇文章描述了一种基于蛋白质的纳米复合水凝胶的开发，这种水凝胶旨在递送两种治疗剂——地塞米松（Dex）和卡托根（KGN），以支持软骨修复。该水凝胶通过控制药物释放来调节免疫反应并促进软骨组织的形成。
背景
由于软骨无血管的特性，其自我修复能力有限，这限制了营养流动和细胞迁移。为了修复软骨，人们测试了多种支架材料，包括天然聚合物和复合材料。然而，这些材料通常存在机械强度不足、细胞信号弱和药物递送不稳定等问题。在这一背景下，水凝胶因其亲水性、可降解性和模拟天然组织特性的能力而备受关注。然而，设计出能够协调免疫调节和组织再生的水凝胶仍然是一项复杂的挑战。
地塞米松是一种具有强效抗炎作用的皮质类固醇，它能够将巨噬细胞转化为M2表型，从而支持组织修复。卡托根是一种小分子化合物，已知可以刺激间充质干细胞（MSCs）分化为软骨细胞，从而增强软骨形成。将这两种药物结合在一种水凝胶中，旨在先减轻炎症，然后促进软骨再生。
当前研究
研究人员开发了一种基于丝素蛋白的纳米复合水凝胶，其中装载了地塞米松和卡托根。卡托根通过共价键与丝蛋白结合，形成能够在较长时间内释放药物的纳米球（SPNs）。地塞米松则通过氢键非共价结合到丝基质中，形成用于快速释放的地塞米松-HLC复合物。
通过转谷氨酰胺酶的酶促交联，水凝胶网络得以稳定，促进了丝素蛋白中氨基酸残基之间的共价键形成。这种结构实现了分阶段的药物释放：地塞米松会在早期释放以管理炎症，而卡托根则会在组织再生阶段逐渐释放。
通过光谱学、降解研究和释放测试评估了水凝胶的物理和化学特性，例如强度、降解速率和药物释放行为。利用MSCs和巨噬细胞培养对其细胞相容性进行了评估，监测了细胞黏附、生长和分化情况。
在体内兔软骨缺损模型中测试了水凝胶的修复性能。植入后，通过组织学染色（H&E、番红O）、免疫组化分析炎症和软骨标记物以及微型CT成像来评估软骨和骨形成情况。
结果与讨论
该水凝胶形成了一个稳定且有弹性的结构，其机械性能与天然软骨相似，并以符合软骨愈合时间的方式降解。在早期测试中，地塞米松迅速释放，降低了炎症水平，表现为较低的细胞因子（如TNF-α和IL-6）水平。巨噬细胞分析显示，在接触地塞米松后，从M1（促炎）表型向M2（抗炎）表型转变。
卡托根则在更长的时间内释放，支持MSCs分化为软骨细胞。这一点通过II型胶原、SOX-9和聚蛋白多糖等标志物的表达增加得到了证实。同时，肥大相关标志物（如RUNX2）的表达减少，而RUNX1的表达增加，表明稳定的软骨生成分化并降低了软骨过度生长的风险。
在兔模型中，用该水凝胶处理的缺损显示出显著的透明软骨样组织形成，其细胞外基质和组织结构与天然软骨相似。这些区域比对照组表现出更高的软骨基质成分和新骨形成水平。免疫组化染色显示炎症信号减少，II型胶原水平增加，证实了组织再生的同时保持了低炎症和低肥大性。
结论
本研究描述了一种双药物纳米复合水凝胶，用于软骨修复，递送地塞米松以控制早期炎症，递送卡托根以实现长期软骨再生。该材料在兔软骨缺损模型中表现出良好的机械性能、细胞相容性和再生效果。免疫调节与软骨生成支持相结合，代表了一种全面的组织工程策略。
尽管初步结果令人鼓舞，但需要进一步研究以优化药物递送曲线、评估长期效果并在更大的动物模型中确认安全性。这种方法突显了响应性水凝胶系统在解决软骨修复和骨关节炎治疗挑战中的潜力。
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