骨關節(jié)內(nèi)注射藥物遞釋系統(tǒng)在骨關節(jié)炎治療中的研究進展

周敏 王富友

陸軍軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院關節(jié)外科（重慶400038）

骨關節(jié)炎（osteoarthritis，OA）已成為導致中老年人殘疾的第一大疾病。世界衛(wèi)生組織報道，全球有超過10%年齡＜60歲的人患有OA，并且患病率隨年齡的增長而升高［1］。隨著我國進入老年社會，OA的患者越來越多，已成為中老年人的常見病和多發(fā)病，對其生活、工作造成嚴重的影響，是中老年人骨關節(jié)功能障礙和致殘的主要原因之一，亟需加強OA的基礎研究并提高現(xiàn)有醫(yī)療水平來治愈 OA［2］。

目前，藥物治療和手術是解決OA的主要手段。一般在患病之后，患者都愿意采用藥物進行控制治療，藥物治療分為口服給藥與骨關節(jié)內(nèi)（intra-articular，IA）注射給藥，口服給藥會導致胃腸道反應、肥胖、骨壞死等［3-6］不良反應，臨床應用受限。當局部關節(jié)受累及OA對全身用藥無反應時，骨IA注射給藥是一種非常有效的手段［7-10］。

骨IA注射給藥是一種直接將藥物輸送至病變關節(jié)發(fā)揮藥效的給藥方式，具有直接作用于靶關節(jié)、藥物初始濃度高、總給藥劑量降低、全身用藥毒副作用小等優(yōu)勢，可降低治療成本并提高療效［11-12］。然而，骨IA注射給藥后，藥物會快速從骨關節(jié)腔內(nèi)清除，導致治療效果不佳。JONES等［13-14］在一項臨床分析中發(fā)現(xiàn)骨IA注射給藥后，藥物在滑膜關節(jié)中停留時間短、限制了治療持續(xù)時間，導致整體療效下降。因此，研究骨IA注射給藥后，如何延長藥物清除時間，增加藥物濃度，對于OA治療具有十分重要的科學意義和臨床實用價值。

藥物遞釋系統(tǒng)在生物醫(yī)學領域的快速發(fā)展，為OA的治療注入了新的動力。具有良好生物安全性的藥物遞釋系統(tǒng)在OA治療應用中已經(jīng)受到高度關注并展現(xiàn)出潛在的臨床應用能力。將藥物遞釋系統(tǒng)引入OA治療，有可能克服制約骨IA注射給藥的諸多難題［15］。目前，國內(nèi)只有較少研究人員對骨IA注射藥物遞釋系統(tǒng)的構建及其應用做了探究［10，16-17］，而骨 IA 注射藥物遞釋系統(tǒng)的構建及其應用在國外已經(jīng)成為研究熱點，報道了眾多不同類型的骨IA注射藥物遞釋系統(tǒng)，并對其OA治療效果進行了評估，更有研究人員對骨IA注射藥物遞釋系統(tǒng)表面電荷，粒徑大小和靶向性等進行了詳細的研究，同時對比了OA治療效果［11，18-19］。

因此，本文緊跟國內(nèi)外研究熱點，結合藥物遞釋系統(tǒng)在OA治療中的優(yōu)勢和潛能，概括了骨IA注射藥物遞釋系統(tǒng)的構建和主要類型及其臨床應用前注意事項。最后總結和展望了骨IA注射藥物遞釋系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。

1 骨IA注射藥物遞釋系統(tǒng)的構建與常見類型

骨IA注射藥物遞釋系統(tǒng)是藥物與載體材料相結合，使藥物通過擴散等方式輸送到骨關節(jié)。其能夠靶向關節(jié)，延長藥物清除時間，增加藥物濃度，從而提高OA的治療效果。理想的骨IA注射藥物遞釋系統(tǒng)應具有載藥率高、包封率高、制備方法簡單、良好的生物相容性、安全性、靶向關節(jié)和藥物可控釋放等優(yōu)異性能。種類豐富的骨IA注射藥物遞釋系統(tǒng)為OA的治療提供了很好的機遇。常見的骨IA注射藥物遞釋系統(tǒng)主要有以下4種。

1.1 微球（Microspheres） 微球是藥物溶解或分散于高分子聚合物中形成的微小球體，粒徑約1～200 μm。骨IA注射載藥微球能實現(xiàn)藥物在IA長效緩釋，有效克服骨IA注射小分子藥物的不足，對骨IA遞釋治療藥物具有十分重要的意義。骨IA注射載藥微球在臨床上優(yōu)勢突出，極具潛力且市場前景廣闊［11，16，20-23］。因此，受到眾多研究者的廣泛關注。

GOTO等［24］研究制備了氟伐他?。╢luvastatin，F(xiàn)LU）乳酸羥基乙酸共聚物（poly lactic-co-glycolic acid，PLGA）微球（FLU-PLGA微球），并對其體外及體內(nèi)骨關節(jié)治療效果進行了評價。實驗發(fā)現(xiàn)FLU能增強合成基因表達，能顯著促進Ⅱ型膠原和聚集蛋白聚糖等合成型基因表達，同時能有效抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-13（MMP13）基因表達，最后，體內(nèi)實驗表明骨IA注射FLU-PLGA微球治療組盡管軟骨表面有斑點原纖化區(qū)域，但總體完整，且蛋白多糖無明顯丟失，Ⅱ型膠原蛋白含量顯著增加；從而證實骨IA注射FLU-PLGA微球可實現(xiàn)FLU緩釋，延緩OA進程，減少軟骨退變。

JANSSEN等［25］通過骨IA注射塞來昔布（celecoxib，CLX）負載聚酰胺（PEA）微球（CLX-PEA微球）增強OA治療效果。分別對OA誘導的雄性大鼠膝關節(jié)及其對側健康膝關節(jié)進行IA注射CLXPEA微球，實驗結果證實CLX-PEA微球是一種具有炎癥響應性及生物安全良好的藥物遞釋系統(tǒng)。另外，組織切片發(fā)現(xiàn)骨IA注射CLX-PEA微球后，具有良好的生物相容性，未見軟骨損傷或滑膜增厚壞死，其具有良好的臨床應用前景。

KO 等［26］制備萊菔硫素（sulforaphane，SFN）PLGA微球（SFN-PLGA微球）用于治療OA，并對其體外、體內(nèi)藥效學進行評價。實驗發(fā)現(xiàn)SFN-PLGA微球在體外具有良好的抗炎活性，能有效抑制環(huán)氧合酶-2（COX-2），解聚素-5（ADAMTS-5）和金屬聚合酶-2（MMP-2）的表達；體內(nèi)對手術誘導的OA大鼠骨關節(jié)內(nèi)注射SFN-PLGA微球，實驗結果表明SFN-PLGA微球使OA大鼠軟骨損傷得到明顯改善、推遲了關節(jié)的退行性病變。

ARUNKUMAR等［27］通過乳膠法制備依托考昔（Etoricoxib）負載聚己內(nèi)酯（poly caprolactone，PCL）微球（Etoricoxib-MPs）。體外藥物釋放發(fā)現(xiàn)，Etoricoxib-MPs可持續(xù)控制藥物釋放28 d；對4只SD大鼠進行骨IA注射0.1 mL載藥微球，PCL微球可在關節(jié)區(qū)保留近4周，可以延長Etoricoxib在滑膜區(qū)域的滯留時間，證實PCL微球是治療關節(jié)腔的一種潛在的局部遞釋給藥系統(tǒng)。此外，研究人員構建了用于骨關IA注射的納米給藥系統(tǒng)，相比微球，納米粒子具有粒徑小、比表面積大、結構穩(wěn)定等優(yōu)點，具有更好的應用潛能。

1.2 納米粒子（nanoparticles） 骨IA注射載藥納米粒子能提高藥物在IA停留時間，避免水溶性藥物和生物活性分子被快速清除，提高治療效果。納米粒子作為骨IA注射給藥遞釋系統(tǒng)對OA治療具有十分重要的意義［10，17，28-32］。

GEIGER等［33］制備了胰島素樣生長因子-1樹枝狀納米復合物（Dendrimer-IGF-1），經(jīng)骨IA注射后，發(fā)現(xiàn)納米復合物可將IGF-1靶向遞送到軟骨細胞，并能延長其治療持續(xù)時間，使OA軟骨穿透至少增強1 mm；同時Dendrimer-IGF-1納米復合物增強了對軟骨和骨的保護作用，減少了脛骨內(nèi)側軟骨退變的總面積和寬度以及關節(jié)內(nèi)骨贅的總體積。證明骨IA注射Dendrimer-IGF-1納米復合物可以改善臨床上OA的療效。

KANG等［34］通過共價偶聯(lián)制備KGN殼聚糖（chitosan，CHI）納米（NPS）/微米粒（MPS），發(fā)現(xiàn)CHI-KGN納米/微米粒體外緩釋KGN可持續(xù)7周。人骨髓間充質(zhì)干細胞經(jīng)CHI-KGN納米粒/微米粒誘導后，其軟骨細胞標記物的表達顯著增高，且經(jīng)過CHI-KGN納米粒/微米粒處理后的人骨髓間充質(zhì)干細胞，長期培養(yǎng)后表現(xiàn)出明顯的軟骨生成特性，從而證實CHI-KGN納米粒/微米?？梢宰鳛橐环N骨IA注射給藥系統(tǒng)來治療OA。MAUDENS等［31］合成一種Cy7標記的納米晶體-聚合物顆粒（nanocrystal-polymer particles，NPPs）。將 KGN-NPPs骨IA注射給藥，發(fā)現(xiàn)KGN-NPPs對脛骨內(nèi)側軟骨和外膜均有保護作用，能明顯降低VEGF和Adamets-5的表達，相比自由的KGN溶液具有更好的生物活性。證明骨IA注射KGN-NPPs膠具有優(yōu)異的OA治療效果。同時，水凝膠相比納米粒子具有更好的生物安全性，研究發(fā)現(xiàn)，水凝膠也可進行骨IA注射。

1.3 水凝膠（hydrogels） 水凝膠由親水的聚合物鏈在水中發(fā)生交聯(lián)后形成，水為主要分散介質(zhì)，水凝膠能應用到多個領域。OA治療方面，通過骨IA注射水凝膠可以實現(xiàn)增加藥物在OA的停留時間及藥物可控釋放［17，35］。其優(yōu)異性能激發(fā)了廣大研究人員的研究興趣。

MATSUZAKI等［36］制備雷帕霉素-膠束（rapamycin-micelles-hydrogels），體外藥物釋放實驗發(fā)現(xiàn)rapamycin 24 h釋藥量約為50%，說明rapamycinmicelles-hydrogels能夠延長藥物釋放時間；體內(nèi)藥效學評價，將小鼠隨機分組為單純hydrogels組、1μg rapamycin組、100 ng rapamycin-micelle-hydrogels組、1μg rapamycin-micelle-hydrogels組，分別進行骨IA注射給藥，10周后免疫組化顯示經(jīng)rapamycin治療的小鼠自噬陽性標記軟骨細胞增多，16周后發(fā)現(xiàn)rapamycin-micelles-hydrogels組的組織學評分顯著低于對照組，且1 μ grapamycin-micelleshydrogels組仍有延遲發(fā)生，表明rapamycin-micellehydrogels具有長效作用；PCR等實驗分析發(fā)現(xiàn)rapamycin-micelles-hydrogels可抑制OA鼠軟骨降解酶、炎癥細胞因子和應激反應基因的表達。因此rapamycin-micelles-hydrogels骨IA注射給藥可以作為一種新的OA治療方法。

KANG等［37］通過共價交聯(lián)制備聚乙二醇化（PEG）/KGN 微粒和透明質(zhì)酸（Hyaluronic Acid，HA）/PEG/KGN水凝膠。體外實驗發(fā)現(xiàn)，HA/PEG/KGN水凝膠相比于PEG/KGN微粒，顯著延長了KGN藥物的釋放時間。體內(nèi)軟骨修復實驗證明，骨IA注射HA/PEG/KGN水凝膠，HA/PEG/KGN水凝膠相比PEG/KGN微粒及HA水凝膠更能有效的抑制OA的發(fā)展及很好的保護軟骨細胞。證明骨IA注射HA/PEG/KGN水凝膠具有良好的OA治療效果。脂質(zhì)體相比水凝膠具有優(yōu)異靶向性和可生物降解，骨IA注射脂質(zhì)體用于OA治療具有重要意義。

1.4 脂質(zhì)體 脂質(zhì)體（liposoma）是將藥物包封于類脂質(zhì)雙分子層內(nèi)而形成的微型泡囊體。脂質(zhì)體具有良好的生物相容性、靶向性、可生物降解且無毒。其介導的藥物遞釋系統(tǒng)已被廣泛研究［38-39］。骨IA注射脂質(zhì)體能延長藥物在骨IA作用時間，提高藥物治療效果，對OA治療具有十分重要的意義。

DONG等［38］制備了liposomal CLX-HA并進行骨IA注射，與單獨注射liposomal CLX、HA相比，liposomal CLX-HA的止痛效果最好，持續(xù)止痛作用可長達48 h；組織學評估發(fā)現(xiàn)兔OA模型單次骨IA注射liposomal CLX或HA都不能明顯抑制軟骨退變，而單次骨IA注射liposomal CLX-HA對軟骨退變有明顯的抑制作用。從而證實骨IA注射liposomal CLX-HA復合物更能有效緩解疼痛，防止軟骨退變。

金納米顆粒（gold nanoparticles，GNPs）由于毒性低、制備容易和抗氧化性等優(yōu)點，在生物醫(yī)學領域已有廣泛應用。SARKAR等［39］制備了脂質(zhì)體包裹的魚油蛋白（Fish oil protein，F(xiàn)P）-GNPs（FPGNP-DPPC納米粒子）。體外實驗發(fā)現(xiàn)FP-GNPDPPC納米粒子能促進HIG-82關節(jié)炎細胞凋亡；體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，骨IA注射FP-GNP-DPPC納米粒子后能恢復小鼠血液中的凋亡標志物和白介素水平。證明骨IA注射FP-GNP-DPPC納米粒子具有良好的OA治療效果。

2 臨床前應用注意事項

骨IA注射給藥系統(tǒng)不僅能降低OA患者手術的風險、痛苦和經(jīng)濟負擔，而且還能直接作用于靶關節(jié)、提高藥物初始濃度高、減小總給藥劑量以及減輕OA患者口服藥物后導致胃腸道反應、肥胖、骨壞死等不良反應等。因此，骨IA注射給藥系統(tǒng)具有十分重要的臨床實用應用潛能。目前，PLGA@TA微球緩釋制劑應用于骨IA注射已經(jīng)通過安全性及藥效臨床二、三期評價，具有很好的臨床應用前景［40-41］。骨IA注射給藥系統(tǒng)應用于臨床還需注意以下幾方面的問題：（1）骨IA注射給藥系統(tǒng)臨床使用前滅菌。目前很少有對給藥系統(tǒng)滅菌的研究報道，由于高溫和過濾對給藥系統(tǒng)都有較大的影響，γ射線可能是給藥系統(tǒng)滅菌的主要方式。（2）骨IA注射給藥系統(tǒng)臨床使用前生物安全性評價。給藥系統(tǒng)良好的生物安全性是其能夠臨床使用的前提條件也是必要條件，給藥系統(tǒng)臨床使用前需進行大量的體內(nèi)外生物安全性評價。

3 總結與展望

OA是一種常見的致殘性疾病，其主要給藥方式包括口服給藥、局部外用給藥、骨IA注射給藥。其中骨IA注射給藥能有效減少給藥總量，降低副作用，提高藥物利用度等。但骨IA注射給藥一個重要不足是藥物的半衰期短。為彌補這一不足，藥物遞釋系統(tǒng)受到了眾多學者廣泛的研究。如應用微球、納米粒子、水凝膠、脂質(zhì)體等藥物遞釋系統(tǒng)進行骨IA注射給藥。其中，微球能實現(xiàn)載體生物降解及藥物緩釋；納米粒子粒徑小、比表面積大、結構穩(wěn)定，能實現(xiàn)藥物緩釋、靶向骨關節(jié)等性能；水凝膠生物相容性好、可生物降解、無毒性和無免疫原性，能實現(xiàn)藥物緩釋；脂質(zhì)體具有良好的生物相容性、靶向性、可生物降解，可延長藥物作用時間，明顯提高治療效果。但藥物遞釋系統(tǒng)的安全性始終困擾著廣大學者，減緩了藥物遞釋系統(tǒng)在臨床上的廣泛應用，一旦藥物遞釋系統(tǒng)的生物安全性，特別是納米及微米材料的生物安全性得到有效的解決，定會給OA的治療帶來變革，藥物遞釋系統(tǒng)的生物安全性必將成為一個重要研究方向。構建具有優(yōu)異生物安全性的多功能藥物遞釋系統(tǒng)和臨床前藥物遞釋系統(tǒng)的生物安全性評價及滅菌研究將會是未來的研究趨勢。目前，生物安全性好的藥物遞釋系統(tǒng)如外泌體，骨分泌的外泌體或者加載藥物后的外泌體進行骨IA注射給藥，可能會對OA具有很好的治療效果。同時，構建具有靶向骨關節(jié)的藥物遞釋系統(tǒng)也能有效提高OA治療效果。