【综述】北京大学深圳医院《Mater. Today Bio》| 用于骨关节炎治疗的微纳复合平台从空间结构设计到精准医学干预的研究

北京大学深圳医院林健静团队综述了用于骨关节炎（OA）治疗的微纳米复合平台的设计原理、材料分类、精准制造策略及其在实现关节内长效滞留、深部组织渗透、力学微环境重塑和免疫代谢调控等多尺度协同治疗方面的最新进展与临床转化挑战。相关成果以“Micro–nano integrated platforms for osteoarthritis therapy: From spatial manipulation to cellular reprogramming”为题发表在《Mater. Today Bio》期刊上。

文章指出，OA是一种涉及软骨退化、软骨下骨重塑和滑膜炎的全关节退行性疾病，传统疗法难以逆转其病理进程。微纳米复合平台通过将微米级基质如PLGA、HAMA、GelMA微球与纳米级功能单元如无机纳米颗粒、外泌体、脂质体进行多尺度整合，有效解决了单尺度系统面临的问题，微米骨架通过增大流体动力学半径抵抗滑液冲刷，将关节内滞留时间延长至14天以上，而释放的纳米单元则利用尺寸效应穿透致密的细胞外基质，实现深层软骨渗透。

在功能实现层面，文章详细论述了多尺度系统的三大核心优势，包括精准递送与时序控制、力学微环境重塑和免疫代谢调控。通过微流控等技术制备的单分散微球可实现“微米储库-纳米渗透”的级联释放，结合pH、ROS或酶响应性化学键，能够根据炎症微环境的变化实现逻辑门控式的按需给药，先快速抗炎后持续促软骨再生。

在力学微环境重塑方面，复合结构不仅通过毛状纳米球等设计在关节界面形成水合润滑层，将摩擦系数显著降低，还通过应力松弛型微球耗散冲击载荷，阻断力学过载触发的NF-κB炎症通路，实现“物理-生化”协同的机械免疫调节。

在免疫代谢调控方面，平台通过递送细胞外囊泡、工程化凋亡小体或具有类酶活性的纳米材料如MnO₂和PtCuOx，精准调控巨噬细胞M1/M2极化，并深入至线粒体层面修复氧化呼吸链，清除铁死亡，从而在细胞器水平上逆转代谢失衡，实现从症状缓解到功能再生的跨越。

此外，文章还探讨了当前面临的挑战，包括复杂结构的规模化生产、微球降解速率与组织再生的同步性以及长期生物安全性等问题。未来，随着人工智能辅助材料设计、可穿戴闭环反馈系统以及基于孟德尔随机化的靶点筛选等交叉学科的融入，微纳米复合平台有望推动OA治疗向智能化、个性化和无细胞再生的方向发展，为退行性关节疾病的精准干预建立新的科学范式。

图1 用于骨关节炎综合治疗的微纳复合结构概念框架

文章来源：https://doi.org/10.1002/smll.202504643