全世界超过5亿人患有骨关节炎及相关疾病，骨关节炎引起的疼痛和活动受限等影响患者身心健康。尽管骨关节炎并非致命疾病，但随人口日益老龄化，其给全世界都带来了巨大负担，但目前尚无对早期和晚期骨关节炎的有效治疗方法。近日，北京航空航天大学杭州国际创新研究院、北京航空航天大学生物与医学工程学院、生物力学与力生物学教育部重点实验室樊瑜波教授团队在生物材料领域权威期刊《ACS Nano》上发表了题为“Bioinspired Lipid Nanoparticles with Prolonged Cartilage Retention Boost Regeneration in Early Osteoarthritis and Large Cartilage Defects”的研究论文（https://doi.org/10.1021/acsnano.4c13828）。樊瑜波教授、王丽珍教授和侯森助理教授为该论文的共同通讯作者，第一作者为北航生物与医学工程学院的周瑾副教授、硕士研究生周悦和北医三院的王关卉儿博士，北京航空航天大学为第一完成单位。

该研究构建了软骨靶向脂质纳米颗粒（CBP-ICMVs），通过仿生多肽修饰与脂质体层间交联技术，成功实现蛋白类药物与小分子药物（TGF-β3/KGN）双药共载与长效缓释（缓释时长长达一月之久）（图1）。该技术突破软骨基质渗透屏障，单次注射即可维持30天药物释放，在早期关节炎导致的软骨缺损（小鼠OA模型）及晚期全层软骨缺损动物模型（新西兰大白兔全层软骨缺损）中成功实现透明软骨再生，为骨关节炎及全层软骨缺损治疗提供全新范式。

为优化囊泡载药性质，该研究制备了多层脂质体囊泡（MLVs），再通过化学交联形成脂质体层间交联的多层载药体系（ICMVs），极大提高了双药物包封率。通过系统筛选三种胶原结合多肽，确定了软骨靶向效果最优体系。结果显示，Decorin衍生肽对软骨亲和力最高，且当多肽接枝密度为20%时结合效率最优。动态光散射（DLS）和Zeta电位分析证实，交联后的ICMVs粒径稳定在187±23 nm，表面正电荷显著增强与带负电软骨基质的静电吸附。（图2）

体外实验中，Cy5标记的CBP-ICMVs在离体软骨切片中实现较深穿透，30天后仍保留>80%荧光信号，而PEG修饰组48小时内完全清除。小鼠关节腔注射显示，CBP-ICMVs的半衰期延长至1.34天（PEG组0.66天），单次注射后治疗浓度维持19天。扫描电镜（SEM）进一步揭示，CBP-ICMVs通过动态膜变形嵌入胶原纤维网络，形成长期药物储库（图3）。

Autodock Vina计算显示，LRELHLNNN与Col II的结合自由能（-7.7 kcal/mol）显著优于其他多肽（WYRGRL：-5.5 kcal/mol）。CG-MD模拟证实，200 nm脂质囊泡可通过柔性膜变形穿透60 nm孔径的胶原网格（模拟软骨ECM），验证其类似外泌体的生物膜特性。温度（310 K）和压力（1 bar）控制下，囊泡在200 ns内完成基质渗透，为体内穿透机制提供理论依据（图4）。

ICMVs对TGF-β3和KGN的包封率分别达70.2%和39.1%，载药量较单层囊泡提升4倍。体外释放显示，ICMVs在PBS中缓释周期达34天（TGF-β3）和20天（KGN），显著优于未交联MLVs（4天完全释放）。在OA微环境（pH 5.0、MMP-13）中，ICMVs 24小时药物保留率>90%，证明其稳定性优越（图5）。

hADSC球体经CBP-ICMVs@KT处理14天后，糖胺聚糖（GAG）分泌量提升，II型胶原阳性面积占比远超单药组。RT-qPCR显示，SOX9和Aggrecan mRNA表达上调，Col X表达抑制。免疫组化证实，双药协同显著减少肥大化标志物（Col X阳性细胞<10%），验证时序释放对软骨表型调控的关键作用（图6）。

大鼠ACLT+MMx模型显示，CBP-ICMVs@KT治疗4周后，OARSI评分从7.2降至2.1（接近假手术组1.3），软骨侵蚀深度减少。免疫组化显示，Col II阳性区域恢复，GAG含量达正常软骨的89%。对比PEG-ICMVs组，证实靶向递送对药物局部富集的决定性作用（图7）。新西兰大白兔4 mm全层缺损模型中，CBP-ICMVs@KT治疗6周后，组织学显示，再生软骨中Col II阳性率>85%，实现纳米药物介导的全层透明软骨再生（图8）。

本研究通过多尺度技术验证（分子模拟→细胞实验→大动物模型），系统解析了CBP-ICMVs的靶向渗透机制与再生效能，为无细胞软骨修复提供了转化潜力极高的解决方案。

图1软骨亲和肽修饰的交联多层囊泡（CBP-ICMV）诱导无细胞软骨再生

图2软骨亲和肽修饰的交联多层囊泡（CBP-ICMV）的制备和物理表征

图3 CBP-ICMVs的体内外滞留与穿透效应

图4 分子对接与粗粒化分子动力学（CG-MD）模拟

图5 药物负载与缓释性能验证

图6 MSC球体的透明软骨分化调控

图7 大鼠OA模型的软骨修复效果

图8 兔全层软骨缺损的透明软骨再生