Advanced Science | 改进新型针灸来治疗骨关节炎
病灶定位治疗在多种疾病的治疗中发挥着重要作用。它的优点是可将药物精准定位到病灶并产生富集效应，从而大大提高药效并显著降低副作用。然而，一些组织或器官（如椎间盘和软骨）生理结构上的物理屏障极大地阻碍了病灶定位治疗的实施。因此，目前急需一种能够有效穿透物理屏障而实现病灶内准确定位的药物递送系统。
针灸无疑为人们带来了一种新思路。它是中医内最为成熟的病灶定位疗法，在临床上已应用千年。这种针尖直径小于200–300µm且长度达110mm的微针能够穿透各种组织和器官的物理屏障，直接接触病灶。同时，针灸治疗后的创伤小，不影响患者的正常生活。因此，我国患者对针灸的接受度很高。
基于这些背景，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所的研究团队突破性地开发出“水凝胶-中国针灸”体系，利用针灸的优势将水凝胶精准递送到病灶，并利用针灸尖端的螺纹结构将水凝胶留在病灶内，通过水凝胶缓释药物来实现精准的病灶定位治疗。这项题为“Transporting Hydrogel via Chinese Acupuncture Needles for Lesion Positioning Therapy”的研究成果发表在《Advanced Science》杂志上，有望为骨关节炎患者带来福音。
研究材料
体外实验使用了MSC间充质干细胞（由赛业OriCell®提供SD大鼠骨髓间充质干细胞）。研究人员还从家猪的后肢解剖出股骨髁、胫骨平台和距骨，利用这三个部位的软骨进行穿刺实验。体内实验则在骨关节炎大鼠模型上开展。研究人员在大鼠的关节腔内注射碘乙酸，建立骨关节炎大鼠模型。
技术方法
在这项研究中，研究人员构建了“水凝胶-中国针灸”体系，并通过体外和体内实验进行了一系列测试，包括穿透测试、水凝胶转运测试和细胞毒性分析等。在分析作用机理时，他们采用了Western Blot分析、PCR分析、细胞迁移分析以及组织学和免疫荧光评估。
技术路线
1. 构建“水凝胶-中国针灸”体系。
2. 通过一系列体外实验对该体系进行测试。
3. 分析水凝胶在骨关节炎治疗中的细胞和分子机制。
4. 通过体内实验来验证该体系在骨关节炎大鼠上的疗效。
研究结果
“水凝胶-中国针灸”体系的构建
传统针灸针在治疗中的主要问题是水凝胶不会从针的表面脱离，也就无法成功递送到病灶部位。于是，研究团队设计出一种尖端带有螺纹结构的针（以下简称螺纹针）。这种螺纹针与水凝胶共同组成了螺纹针药物递送系统，首次突破软骨和皮质板的物理屏障，将药物精准递送到软骨下骨，这是以前的递送系统无法做到的。
在制备水凝胶时，他们首先制备出甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA），然后创新性地用多巴胺来修饰甲基丙烯酰基而得到DMA。之后，他们利用DMA和HAMA进行光交联，制备出可牢固粘附在金属表面的水凝胶。同时，他们制备了载药脂质体（Lipo），并将其添加到混合溶液中，制备出可缓释药物的Lipo@DMA@HAMA水凝胶。
这个体系的设计非常巧妙，它利用螺纹凹槽结构和水凝胶的干湿转化，成功地将载药水凝胶递送到病灶内并持续释放药物。当螺纹针刺穿组织或器官时，水凝胶不会脱落。当针到达病灶时，水凝胶与体液接触而膨胀，挤压并粘附在周围组织上。随着螺纹针的旋转和退出，水凝胶留在病灶部位，释放药物进行病灶定位治疗（图1）。
图1. 病灶定位治疗的示意图。A. 螺纹针的设计并递送水凝胶；B. 螺纹针留下的孔隙促进MSC迁移，水凝胶持续释放BAI调节细胞因子分泌。
系列体外测试
之后，研究人员对“水凝胶-中国针灸”体系进行了一系列的测试。他们首先测试了水凝胶的缓释性能，发现Lipo@DMA@HAMA水凝胶材料具有良好的缓释效果，第5天约有50%的药物释放，且药物释放持续约3周。这些结果表明，Lipo@DMA@HAMA复合材料具有理想的缓释性能。
研究人员接下来测试了螺纹针是否能够穿透软骨。他们选取了临床上关节疾病中最常见的三种关节软骨面：股骨髁、胫骨和距骨。结果发现，传统针和螺纹针在股骨、胫骨和距骨软骨中的穿透深度都超过了软骨的厚度，表明尖端的螺纹结构并未削弱螺纹针穿透物理屏障的能力。
研究人员随后再用猪软骨进行实验，测试了螺纹针转运水凝胶的能力。传统针在刺穿软骨时，水凝胶被软骨阻挡，软骨下骨中几乎没有水凝胶。相比之下，在使用螺纹针时，没有明显的水凝胶被软骨阻挡，且大量水凝胶成功保留在软骨下骨中。通过荧光标记物的定量分析，结果发现螺纹针的水凝胶转移效率（73.25%）明显高于传统针（29.92%）。
螺纹针灸用于骨关节炎的治疗
研究人员发现，螺纹针转运水凝胶用于骨关节炎的病灶定位治疗有两个优点。第一，用螺纹针将水凝胶转运至软骨下骨后，水凝胶留在软骨下骨，持续释放药物黄芩素，可调节软骨下骨的异常重塑。第二，螺纹针在治疗后留下微米大小的孔隙，可作为MSC的迁移通道，让软骨下骨的MSC迁移至软骨表面，促进软骨修复。
研究人员还对比了螺纹针灸与关节腔注射的效果。将荧光染料直接注射到关节腔内，荧光强度在前两天急剧下降，说明游离药物在关节腔内的滞留效果较差。相比之下，Lipo@DMA@HAMA水凝胶的荧光强度则下降非常缓慢，到第三周时还有约50%，且荧光信号持续了一个多月，表明水凝胶具有出色的软骨下骨滞留效果，可确保药物的长期缓释。
之后，研究人员使用装有药物水凝胶的螺纹针对骨关节炎大鼠进行病灶定位治疗，并在第4周和第8周进行采样。结果表明，通过螺纹针进行的病灶定位治疗可显著抑制软骨下骨的异常重塑，从而改善了膝关节软骨的力学环境，抑制了软骨细胞的凋亡，同时缓解了软骨的退化和降解，最终缓解了骨关节炎病情（图2）。
图2. 利用螺纹针来治疗骨关节炎大鼠
总结
这项研究开创性地设计了尖端带有螺纹结构的针灸，能够有力地穿透物理屏障，实现病灶的定位。粘附在螺纹针上的水凝胶在凹槽的保护下精准递送到病灶处，不断释放药物，实现病灶定位治疗。大鼠模型上的实验进一步证实了螺纹针在病灶定位治疗上的显著疗效。总的来说，这种螺纹针和水凝胶体系可极大地扩展精准定位治疗的临床应用。
原文检索：
Lin F, Wang Z, Xiang L, Wu L, Liu Y, Xi X, Deng L, Cui W. Transporting Hydrogel via Chinese Acupuncture Needles for Lesion Positioning Therapy. Adv Sci (Weinh). 2022 Apr 11:e2200079.
doi: 10.1002/advs.202200079.
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