VisuGait用户文章丨广西医科大学院钟静萍等揭示新型材料助力骨关节炎治疗

骨关节炎是很常见的退行性关节病，关节里会产生大量活性氧（ROS），把软骨破坏掉，还会加重炎症，让病情越来越重。

基于此，2024年8月18日，广西医科大学第一附属医院钟静萍&韦庆军&郑立研究团队在Journal of Nanobiotechnology杂志发表了“Oxygen vacancy-engineered cerium oxide mediated by copper-platinum exhibit enhanced SOD/CAT-mimicking activities to regulate the microenvironment for osteoarthritis therapy”揭示了新型材料可调节微环境用于治疗骨关节炎。

本研究利用缺陷工程策略，将铜（Cu）和铂（Pt）双金属引入CeO2纳米球开发出一种高效纳米酶（PtCuOX/CeO2-X）。该材料凭借丰富的氧空位和强金属协同效应，兼具卓越的超氧化物歧化酶/过氧化氢酶模拟活性与优异的光热转换能力。在骨关节炎治疗中，该系统通过“光热-抗氧化”双重机制有效清除细胞内活性氧/氮，保护线粒体并抑制炎症；其核心机理在于阻断ROS/Rac-1/NF-κB信号通路，显著降低关键炎症蛋白表达，从而重塑微环境、减少软骨细胞凋亡。体内实验证实了其良好的生物安全性及在近红外光辅助下的显著疗效，为炎症性疾病的治疗提供了全新的临床策略。

图一 PtCuOX/CeO2-X纳米酶清除软骨细胞内的活性氧，改善线粒体功能并治疗骨关节炎

图二 PtCuOX/CeO2-X纳米酶的光热特性及自由基清除能力

实验证实，PtCuOX/CeO2-X纳米酶是一款卓越的“光热-抗氧化”双效材料：在808 nm近红外光照射下，它能迅速升温至48.5C且具备优异的热稳定性，光热转换效率高达55.41%；同时，它展现出强大的模拟酶活性，不仅能高效清除超氧阴离子（SOD活性）、分解过氧化氢（CAT活性）还能有效扫除羟基自由基和活性氮，其各项清除能力均显著优于普通CeO2材料。

最关键的是，近红外光照能进一步“激活”并增强其抗氧化效能，且该材料具有浓度依赖性和持续稳定的催化特性，这种“光热协同抗氧化”的双重机制使其能强力缓解骨关节炎中的氧化应激损伤。

图三 PtCuOX/CeO2-X纳米酶缓解了大鼠ACLT模型

体内实验证实，PtCuOX/CeO2-X纳米酶是一款安全高效的骨关节炎治疗剂：它不仅具备优异的软骨穿透能力，能深入病灶核心且在一周内通过肝肾完全代谢、无免疫毒性。

在大鼠模型中，该纳米酶显著逆转了关节软骨的磨损、裂隙及骨侵蚀，使受损关节面恢复光滑；特别是联合近红外光照射后，关节病理评分较单纯损伤组大幅降低约60%-74%，组织形态几乎恢复至正常水平，充分证明了其“光热协同”策略在体内具有卓越的软骨保护与修复能力。

图四 PtCuOX/CeO2-X纳米酶体内治疗可抑制炎症基因表达并减轻骨关节炎

免疫组化与生化检测深入揭示了PtCuOX/CeO2-X纳米酶的双重调控机制：它不仅能强力抑制破坏软骨的“坏分子”（如MMP-13、IL-6及炎症通路蛋白Rac-1/p-p65），还能显著促进修复性蛋白（Col2a1）的表达，同时近红外光照能大幅增强这一效果。

另一方面，该材料将关节内飙升14倍的活性氧水平成功降低了68%，从根源上缓解了氧化应激，使大鼠的步态（）和行走速度恢复至接近正常水平。更重要的是，全面的器官病理、溶血及血液生化分析均证实，该疗法在发挥卓越疗效的同时，对心肝肾等主要脏器无任何毒副作用，展现了极高的体内生物安全性。

总结

本研究通过铜-铂双金属修饰与氧空位缺陷工程，成功构建了具有光响应特性的高效纳米酶，突破了传统抗氧化材料活性低、功能单一的瓶颈；其核心意义在于利用“光热-抗氧化”协同机制，不仅能强力清除骨关节炎微环境中的活性氧/氮、阻断炎症信号通路，还能促进软骨修复蛋白表达，从根源上重塑关节微环境，为骨关节炎及其他氧化应激相关炎症性疾病提供了一种安全、深层渗透且疗效显著的无药性治疗新策略。

文章来源：https://doi.org/10.1186/s12951-024-02678-z

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