图 | 相关论文（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

而该团队此次研发的“关节油漆”，有望解决上述问题。以兔实验和猪实验为例，经“油漆”处理后，此前存在缺损的兔和猪的软骨表面，不仅可恢复光滑，糖胺聚糖含量也能保持正常（糖胺聚糖：主要存在于高等动物结缔组织中的一种杂多糖）。

它的原理是通过抑制软骨细胞凋亡、维持软骨细胞表型，并保留部分软骨缺损中糖胺聚糖的含量。据该团队所知，这是第一个用于关节软骨缺损的仿生组分的组织粘合剂。

（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

据介绍，“关节油漆”由硫酸软骨素的桥接层、明胶和透明质酸的凝胶层组成，它可通过光固化的方式，快速紧密地粘附在软骨缺损上。

近年来，甲基丙烯酰化明胶一直是生物材料研究的焦点。在该研究中，他们发现其具有光交联特性和生物相容性，故很适合在体内缺陷周围原位形成水凝胶。但是，它不能与软骨表面进行化学结合，因为两者在分子结构上具有相似的基团，很难去产生令人满意的粘附。

如何攻克该问题？连接软骨和水凝胶的桥接聚合物是一种可能的解决方案。

硫酸软骨素是一种广泛存在于天然软骨细胞外基质中的带负电荷的蛋白聚糖。此前研究表明，硫酸软骨素分子可被化学修饰，并与软骨表面丰富的氨基结合，因此它被认为是一种合理的桥接聚合物。

在该团队的设计中，当硫酸软骨素-醛应用于软骨表面时，醛基会和软骨中的氨基发生反应，进而形成亚胺基连接。

为了仿生天然软骨组分，该团队将透明质酸纳入甲基丙烯酰化明胶中，借此形成一种半互穿网络结构。在该网络中，前者可保持其生物性能，后者可保持其机械强度。

由于“关节油漆”的弹性性能来自上述两种材料，因此它的压缩模量可由两种材料的压缩模量推断出来，大约为 6.55±0.63kPa。这些压缩试验证实，该“油漆”具备软骨组织工程所必需的弹性特性。

对于软骨再生来说，软骨细胞表型的维持至关重要，为了获悉“关节油漆”的组成成分对于细胞表型的影响，他们在材料表面培养了人软骨细胞，并通过实时荧光定量聚合酶链反应检测基因表达，对其进行测试。

（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

此前研究表明，透明质酸或硫酸软骨素，或有利于软骨细胞的表型维持。因此，他们采用甲基丙烯酰化明胶结合透明质酸和硫酸软骨素，结果发现这真的能促进软骨细胞基因表达，并提供稳定的力学强度。

详细来说，他们先是研究透明质酸浓度对软骨细胞表型的影响。结果显示，透明质酸的浓度增加时，软骨细胞的 COL2A1 基因表达水平也会增加。

接下来，他们又研究了硫酸软骨素浓度对软骨细胞表型的影响规律，实验组培养 7 天后，聚集蛋白聚糖和 SOX9（一种遗传基因）表达水平均显著升高，这表明在维持软骨细胞表型上，硫酸软骨素-醛起着积极作用。

（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

由于干细胞的附着可能有利于软骨的再生，因此该研究采用人脂肪来源基质细胞，来研究软骨和“关节油漆”的细胞粘附能力。

与骨髓的间充质干细胞相比，脂肪来源基质细胞在调节炎症上效果更好，因此可给骨关节炎治疗提供更优的细胞来源。

接下来，该团队用“关节油漆”对猪软骨进行预处理，并观察 6 小时后的粘附情况。与天然软骨表面的细胞相比，“关节油漆”表面的细胞数量显著增加。

为进一步研究“关节油漆”的细胞相容性，该团队将细胞培养板进行涂覆，并通过相应方法，去评价“油漆”的生物活性。

分别培养 1 天和 4 天后，他们发现所培养的细胞活力、与正常细胞培养板上的细胞相同，而且死亡细胞也比较少。这些结果表明，“关节油漆”具有高度的细胞相容性，并能促进干细胞粘附。

为了定量检测“关节油漆”和组织之间的粘接强度，该团队按照美国材料与试验协会的生物医学粘接剂标准，进行了搭接剪切强度和爆裂压力试验。

结果表明，在桥接聚合物硫酸软骨素醛的帮助下，“关节油漆”的破裂压力从 17.6±3.2kPa，“蹭蹭”提升至 34.3±7.3kPa，这个值与该团队此前研发的止血水凝胶相当。