什么物質(zhì)能像水一樣順滑，鋼一樣堅固，智能導(dǎo)彈一般精準(zhǔn)？

近期，中國科學(xué)家研究開發(fā)了一種專門針對骨關(guān)節(jié)炎治療的新型流線型氧化鋅嵌合可注射水凝膠，它能輕松鉆進(jìn)骨頭縫，把軟骨缺損的坑洼嚴(yán)絲合縫地填平，能像鋼鐵一樣穩(wěn)穩(wěn)支撐骨頭，還能顯著提高軟骨再生效率，有效修復(fù)軟骨缺損。

這一由天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部藥物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李楠教授團(tuán)隊取得的科研成果，被國際媒體稱贊為“再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的里程碑式突破”。記者走近這支年輕的研究團(tuán)隊，看他們?nèi)绾瓮_近6億人的病痛進(jìn)行對抗。

向“近6億人的痛”發(fā)起進(jìn)攻

關(guān)節(jié)僵硬、腫脹、疼痛、行動受限……骨關(guān)節(jié)炎是最常見的慢性關(guān)節(jié)疾病，不時從骨頭縫里冒出來的不適與疼痛困擾著全球近6億人。

專家介紹，骨關(guān)節(jié)炎主要與年齡增長、關(guān)節(jié)退行性病變有關(guān)。此外，外傷、過度運(yùn)動、肥胖等因素也可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨纖維化、潰瘍等，從而引發(fā)關(guān)節(jié)炎。

然而這一患者基數(shù)如此龐大的疾病，治療起來卻沒那么容易。李楠表示，骨關(guān)節(jié)炎難治的關(guān)鍵在于軟骨缺乏血管和神經(jīng)，自我修復(fù)能力極弱。此外，軟骨的“支撐網(wǎng)”——關(guān)節(jié)內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)的持續(xù)降解更是治療的核心難點。

“目前，通用的臨床手段以癥狀管理和手術(shù)修復(fù)為主，傳統(tǒng)治療手段如口服非甾體抗炎藥、關(guān)節(jié)腔注射透明質(zhì)酸等僅能暫時緩解癥狀，無法重建軟骨結(jié)構(gòu)。”李楠說。

如何才能讓損傷的軟骨重新“長”出來？中國科學(xué)家給出了答案。李楠團(tuán)隊研究開發(fā)的新型流線型氧化鋅嵌合可注射水凝膠，具有獨(dú)特的流體力學(xué)特性，注射后水凝膠能夠嚴(yán)絲合縫地貼合不規(guī)則創(chuàng)面，同時實現(xiàn)對骨頭的穩(wěn)定支撐，為骨關(guān)節(jié)炎治療及軟骨再生開辟了新路徑。

“注射時如水般順滑，植入后如鋼般堅固。”李楠笑著說，“我們設(shè)計的‘流線型氧化鋅納米顆粒’是成功的關(guān)鍵。”

此外，水凝膠還能在病變部位響應(yīng)炎癥信號，緩慢釋放兩種關(guān)鍵物質(zhì)：一是鋅離子，吸引人體自身的干細(xì)胞遷移到損傷區(qū)域，分化為新軟骨細(xì)胞；二是基因藥物miR-17，精準(zhǔn)關(guān)閉導(dǎo)致軟骨降解的“破壞分子”，保護(hù)新生組織不被降解。

這一突破性的研究成果于今年5月在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上發(fā)表，被國際媒體稱贊為“再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的里程碑式突破”。

突破背后的堅守

這支科研團(tuán)隊平均年齡只有30歲，3年多之前，這支年輕的團(tuán)隊開啟了對抗近6億人病痛的“軟骨攻堅戰(zhàn)”。

論文的第一作者、天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部藥物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生李雯一直在做關(guān)節(jié)治療的相關(guān)研究。回憶起科研攻關(guān)的點滴，這位28歲的姑娘笑著說：“氧化鋅納米顆粒是此項研究最大的創(chuàng)新點，但找到它并分析證明其作用機(jī)制可真是不容易。”

“我們必須要找到一種流動性好、支撐性強(qiáng)、基因遞送效率高的材料用來合成水凝膠，考慮到未來的規(guī)模化生產(chǎn)和臨床轉(zhuǎn)化，這種材料還需要同時滿足生物安全性能高、價格低、較常見等條件。”李雯表示，這項研究是一個龐大而復(fù)雜的體系，材料合成、機(jī)制研究、材料表征等對學(xué)科的交叉融合提出了很高的要求。

科研團(tuán)隊里的成員大多是研究藥物科學(xué)出身，而機(jī)制研究需要懂生物，材料表征則需要懂材料，于是李雯和團(tuán)隊成員奔走于各個學(xué)院學(xué)習(xí)請教，翻閱了大量參考文獻(xiàn)，做了數(shù)不清的實驗。

即使在凌晨1點，天津大學(xué)藥學(xué)院一樓的共聚焦實驗室也經(jīng)常亮著燈。李雯依稀記得，那時透過起霧的防護(hù)面罩，團(tuán)隊成員全神貫注地調(diào)整著顯微鏡參數(shù)。屏幕上，被熒光標(biāo)記的軟骨細(xì)胞在100倍放大下呈現(xiàn)出朦朧的綠色光點——這是課題組研發(fā)的新型水凝膠治療效果的關(guān)鍵證據(jù)。

“我們是一個團(tuán)結(jié)的團(tuán)隊，那種齊心協(xié)力的感覺讓人倍感溫暖。”專注于病灶微環(huán)境調(diào)控與智能藥物遞送系統(tǒng)研究的團(tuán)隊成員劉心怡說。

漫漫長路仍在探索

中國科學(xué)家取得的這項技術(shù)突破備受關(guān)注和期待。有國際媒體評價稱，隨著全球人口老齡化和人們對肌肉骨骼疾病的日益重視，這樣的技術(shù)進(jìn)步為數(shù)量龐大的軟骨相關(guān)疾病患者帶來了希望。金屬基水凝膠實現(xiàn)了真正的組織再生，而不僅僅是癥狀管理，預(yù)示著骨科有效干預(yù)的新時代。

李雯也對水凝膠的發(fā)展前景信心滿滿：“我們構(gòu)建的遞送系統(tǒng)不僅適用于骨關(guān)節(jié)炎的微創(chuàng)治療，在風(fēng)濕類疾病、椎間盤退變、運(yùn)動損傷修復(fù)等領(lǐng)域也具有拓展?jié)摿Γ磥碛型麑崿F(xiàn)‘一針修復(fù)軟骨’，大幅降低患者手術(shù)負(fù)擔(dān)。”

把水凝膠注射進(jìn)入體重更重的大動物關(guān)節(jié)效果如何？氧化鋅等金屬粒子的代謝路徑究竟是怎樣的？運(yùn)用到人體是不是安全？

“從實驗室到臨床應(yīng)用，漫漫長路上仍有許多問題需要解答。”李雯坦言。

近年來，全球骨關(guān)節(jié)炎研究正從單純消炎轉(zhuǎn)向“再生修復(fù)”，從“外源干細(xì)胞移植”到“內(nèi)源干細(xì)胞招募”。中國在骨組織工程領(lǐng)域進(jìn)步顯著，高水平論文和專利數(shù)量增長很快。

不少受訪專家表示，此次研究從材料設(shè)計、機(jī)制解析到動物驗證均由中國團(tuán)隊完成，確實難能可貴，但核心材料產(chǎn)業(yè)化和臨床轉(zhuǎn)化仍是此類研究的短板，前沿醫(yī)學(xué)研究還常常受制于多學(xué)科協(xié)作壁壘、新藥審批周期長、前期研發(fā)費(fèi)用高等問題。

劉心怡表示，納米遞送系統(tǒng)在實驗室中通常以小批量生產(chǎn)，其過程可以被精細(xì)控制。然而，當(dāng)需要將其擴(kuò)大到工業(yè)規(guī)模時，技術(shù)上的復(fù)雜性顯著增加，確保納米材料的一致性和質(zhì)量控制是關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。

此外，在醫(yī)學(xué)研究中，動物模型常被用于模擬人體疾病和測試治療方法，但動物與人體在生理和生化特性上存在顯著差異，這也為研究的臨床轉(zhuǎn)化帶來了挑戰(zhàn)。

“解剖結(jié)構(gòu)、代謝過程、基因表達(dá)和免疫反應(yīng)的差異可能導(dǎo)致藥物在動物體內(nèi)的效果與在人類體內(nèi)不一致。動物的生活環(huán)境和行為特征與人類不同，這也可能影響研究結(jié)果的適用性。”劉心怡說。

目前，新型流線型氧化鋅嵌合可注射水凝膠已經(jīng)成功進(jìn)行了雄性大鼠動物實驗，研究團(tuán)隊正在努力推進(jìn)大動物模型驗證、長期安全性評價等工作。

“中國科研團(tuán)隊正通過‘產(chǎn)—學(xué)—醫(yī)’聯(lián)動加速突破這些瓶頸。”李楠說，“從實驗室走向臨床應(yīng)用長路漫漫，但我們將繼續(xù)探索。”（記者白佳麗 張建新 栗雅婷）