骨关节炎作为一种慢性关节疾病，其主要特征是滑膜炎症和软骨退变。骨关节炎影响全球超过3亿人，膝骨关节炎是中老年人致残的主要因素。骨关节炎伴有剧烈疼痛、功能障碍等症状，其病理过程不可逆。骨关节炎严重影响患者的日常生活，给个人经济和社会医疗保障带来很大负担。此外，人们普遍认为，随着人口老龄化，这一负担将继续增加。当前的抗炎治疗效果有限，因此，通过润滑有效减少软骨磨损至关重要。商业润滑剂的体内稳定性和润滑性不足，导致润滑治疗的失败和骨关节炎的发展。

为了解决这些问题，来自北京大学口腔医学院附属医院和清华大学的学者开发了结合抗炎和稳定的高性能润滑的新治疗方法。受滑雪板滑动机理的启发，通过用仿生磷脂聚合物聚(多巴胺甲基丙烯酰胺-co-2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱)(PDMPC)修饰二硫化钼(MoS2)并负载抗炎药物双氯芬酸钠(ds)，合成了一种“纳米滑雪板”，即MoS2-PDMPC-DS。二硫化钼具有2D层状结构和光热特性，可用作固体润滑剂和药物载体。同时，PDMPC在MoS2表面的修饰避免了MoS2在生理环境中的氧化变性，形成固液复合润滑，提高了MoS2在关节腔中的润滑性和稳定性。体内外实验表明，MoS2-PDMPC-DS可在关节腔内滞留一周以上，发挥长效润滑和抗炎作用，有效治疗骨关节炎。这种固体-液体复合润滑纳米滑雪板为骨关节炎的协同抗炎和润滑治疗提供了新思路。相关文章以“A Solid–Liquid Composite Lubricating “Nano-Snowboard” for Long-Acting Treatment of Osteoarthritis”标题发表在Advanced Functional Materials。

图1.材料特性。a)二硫化钼纳米片的HRTEM和SAED图像。MoS2纳米片的元素分析。c)二硫化钼纳米片的EDX光谱。d)二硫化钼纳米片的XRD光谱。e) MoS2、MoS2-PDMPC和MoS2-PDMPC-DS纳米片的ζ电势。f)DS、PDMPC、MoS2-PDMPC和MoS2-PDMPC-DS的FTIR光谱。g) MoS2、MoS2-PDMPC和MoS2-PDMPC-DS的尺寸分布。h)DS、MoS2、PDMPC、MoS2-PDMPC和MoS2-PDMPC-DS的紫外-可见光谱 。

图2.MoS2-PDMPC的摩擦学试验。a)H2O、MoS2和MoS2-PDMPC在2Hz扫描速率下的润滑性能。b)在2 Hz的扫描速率下，MoS2-PDMPC水溶液的浓度的润滑性能。c)在原子力显微镜(AFM)上进行的摩擦学试验示意图。d) MoS2-PD MPC纳米片的固-液复合润滑

图3.808 nm近红外激光照射下MoS2-PDMPC-DS的光热转换性能及药物释放。a) MoS2和MoS2-PDMPC-DS在808 nm NIR激光照射(1w cm-2)下的光热图像。b) MoS2、MoS2-PDMPC和MoS2-PD MPC-DS(1mg mL-1)在808 nm NIR激光照射(1 W cm-2)下的温度变化。c)在808 nm近红外激光照射(1w cm-2)下，MoS2-PDMPC-DS随浓度的温度变化。d) MoS2-PDM PC-ds(0.6mg ml-1)在不同功率密度的808 nm近红外激光照射下的温度变化。e) MoS2-PD MPC-DS(0.6mg mL-1)在反复近红外激光照射(1W cm-2)下的热稳定性.

图4.MoS2-PDMPC-DS的细胞毒性和细胞摄取。a)用CCK-8检测MoS2-PDMPC-DS对有或没有NIR激光照射的巨噬细胞的细胞活力的影响。b)通过CCK-8检测MoS2-PDMPC-DS在有或没有NIR激光照射的情况下对软骨细胞的细胞活力的影响。c)在有或没有NIR激光照射的情况下，用MoS2-PDMPC-DS培养24小时的巨噬细胞的活/死荧光图像。d)在有或没有NIR激光照射的情况下，用MoS2-PDMPC-DS培养24小时的软骨细胞的活/死荧光图像。e)孵育4小时后巨噬细胞对MoS2-PDM@F和MoS2-PDMPC-DS@F的摄取。

图5.MoS2-PDMPC-DS对巨噬细胞和软骨细胞的抗炎机制。a–c)RAW 264.7巨噬细胞经LPS活化后，与DS和MoS2PDMPC-DS共孵育24小时(有或无NIR激光照射)的TNF-α、IL-6和IL-1β蛋白表达水平的酶联免疫吸附测定(ELISA)结果。d–f)qRT-PCR分析软骨细胞的Col2α、MMP1和TAC1的mRNA表达水平，所述软骨细胞与H2O2共孵育24小时，然后在有或没有NIR激光照射的情况下与DS或MoS2-PDMPC-DS共培养24小时(n = 3，每个数据点显示为平均值SD，*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001，与PBS组相比)

图6.MoS2-PDMPC-DS在大鼠关节腔中的光热转换特性及滞留。a)在注射MoS2-PDMPC-DS或盐水后，用NIR激光照射(NIR激光的功率密度为0.6W cm-2)大鼠关节腔的光热图像。b)在注射MoS2-PDMPC-DS或盐水后，用NIR激光照射大鼠关节腔的温度变化。c)分别在0、1、3、5、7和9天注射MoS2-PDMPC后大鼠关节腔的荧光成像。d)分别在0、1、3、5、7和9天注射MoS2-PDMPC后大鼠关节腔的荧光强度。

图7.大鼠膝关节x线摄影。a，b)干预2周和4周后大鼠的代表性X射线检查(NIR激光的功率密度为0.6 W cm-2)。c)与OA组相比，干预2周和4周后基于CBCT图像测量的大鼠关节间隙。

图8.在a) 2周和b) 4周时，对照组、OA组、DS组和MoS2-PDMPC-DS组(有或没有NIR激光照射)大鼠膝关节的显微CT图像。近红外激光器的功率密度为0.6 W cm-2

本研究将固-液复合润滑的概念应用于骨关节炎的治疗，并成功合成了一种光响应仿生“纳米滑雪板”，MoS2-PDMPC-DS，可持续发挥抗炎和润滑的双重功能。将具有润滑性能的仿生聚合物PDMPC修饰到MoS2纳米片上，在其表面形成一层水化层，提高了纳米片的稳定性，赋予纳米片固相和液相润滑的双重性能。此外，DS负载在纳米片上，在近红外激光照射下发挥抗炎作用。体内外实验表明，PDMPC修饰的二硫化钼纳米片的润滑性能显著提高，并在关节腔中保持稳定一周以上。药物释放实验证明，近红外激光照射能有效促进药物从MoS2-PDMPC-DS纳米片中的释放。细胞和动物实验表明，MoS2-PDMPC-DS能有效减少TNF-α、IL-6、IL-1β等炎症因子的产生，减轻软骨磨损，减少骨赘形成，从而实现对大鼠骨关节炎的有效治疗。MoS2-PDMPC-DS作为一种新型光响应性固液复合润滑“纳米滑雪板”,首次在骨关节炎治疗中取得了优异的疗效。此外，MoS2-PDMPC-DS还具有远程控制药物释放、长期稳定性和抗炎活性的特点。因此，MoS2-PDMPC-DS在骨关节炎的治疗中具有良好的应用潜力，可作为关节内注射材料有效治疗骨关节炎。

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