[发明专利]用于软骨再生和修复的无定形透明质酸‑镁/钙聚磷酸盐微粒

说明书

本发明涉及增强软骨合成和再生的基于富含能量的无定形聚磷酸镁(Mg-polyP)微粒的仿生材料。本发明材料的一种优选配方为透明质酸-Mg/Ca-polyP糊状物，其可以在水不溶的/几乎不溶的碳酸钙的存在下由polyP的水溶性盐和水溶性透明质酸制备。令人惊讶地，本发明人发现该包含无定形Mg/Ca-polyP微粒的软骨样材料促进软骨细胞的粘附并强烈地上调编码碱性磷酸酶、胶原蛋白3A1型、聚集蛋白聚糖和Sox9的软骨细胞标志物基因的表达。通过清除钙离子(Mg²⁺/Ca²⁺交换)并将钙-polyP与透明质酸结合的材料显示出与软骨相当的生物力学性质，因此可以用于预防滑液中钙晶体的形成以及治疗由骨关节炎引起的关节功能障碍。

发明背景

骨关节炎影响全世界几乎10％的人群，并且为老年人中最常见的关节疾病形式(Helmick CG等人(2008)Estimates of the prevalence of arthritis and other rheumatic conditions in the United States.Part I.Arthritis Rheum 58:15-25)。这种疾病的经济代价极高。在美国，2009年有1855亿美元的保险公司支出归因于骨关节炎患者的医疗保健(Kotlarz H等人(2009)Insurer and out-of-pocket costs of osteoarthritis in the US:evidence from national survey data.Arthritis Rheum 60:3546-3553)。在欧洲，每名患者的骨关节炎的年度费用为1,330欧元至10,452欧元(Hiligsmann M,Reginster JY(2013)The economic weight of osteoarthritis in Europe.Medicographia 35:197-202)。

骨关节炎的特征在于滑膜关节内关节软骨和软骨细胞的进行性丧失，这引起慢性关节疼痛和功能受限(Sharma AR等人(2013)Interplay between cartilage and subchondral bone contributing to pathogenesis of osteoarthritis.Int J Mol Sci 14:19805-19830)。在骨关节炎患者的滑液和组织中，经常发现由Ca-焦磷酸盐和Ca-磷酸盐组成的钙晶体(Rosenthal AK(2011)Crystals,inflammation,and osteoarthritis.Curr Opin Rheumatol 23:170-173)。此外，矿化中涉及的基因的表达，例如碱性磷酸酶(ALP)，在骨关节炎患者的软骨细胞中上调。这些发现表明在骨关节炎期间发生的关节钙化与改变的基因表达相关。

膝盖的骨关节炎被分类为原发性或继发性。主要由细胞外基质和仅稀疏分布的细胞(软骨细胞)组成的透明关节软骨是疾病开始时的主要靶标。该基质由水、聚集蛋白聚糖、胶原蛋白和蛋白聚糖构成。聚集蛋白聚糖(一种蛋白聚糖)与透明质酸(HA)一起为软骨提供适当的水合凝胶结构和所需的承载特性。与大多数组织不同，血管不穿过关节软骨，即使该组织需要相当多的能量亦如此(Ahlqvist J,Osterlund K,Harilainen A(1989)Does joint cartilage require energy？Ann Rheum Dis48:878)。葡萄糖被认为是软骨组织的主要能量供应分子，但该分子在其能够以ATP形式提供能量之前必须进入细胞。