kartogenin对骨关节炎的治疗作用机制及其在软骨组织工程学中应用的研究进展

doi:10.13481/j.1671-587X.20210235

摘要/Abstract

摘要：

kartogenin （KGN）是近年来发现的小分子物质，其可通过调节核心结合因子β亚基（CBFβ）-Runt相关转录因子1（RUNX1）等信号通路促进间充质干细胞（MSCs）增殖和成软骨分化修复软骨缺损，并可与转化生长因子β3（TGF-β3）产生协同作用。KGN的成软骨分化作用还与其旁分泌机制有关。除促软骨再生修复外，KGN还可通过保护软骨和软骨细胞，促进人润滑素分泌，保护和改建软骨下骨及缓解疼痛，从而对骨关节炎（OA）产生治疗作用。此外，利用KGN的结构和功能特点，大量软骨组织工程学研究将其以物理或化学方法结合于各类载体以修复软骨缺损和治疗OA。现结合相关文献阐述KGN对OA的治疗作用机制，并从纳米级和微米级聚合物、水凝胶及其他聚合物支架三3方面就软骨组织工程学研究中用以搭载KGN的载体组成、理化特点、释药特点及优势性能等进行综述，旨在为OA的软骨组织工程学治疗提供新思路和新靶点。

关键词: kartogenin, 骨关节炎, 软骨, 间充质干细胞, 组织工程

中图分类号:

R684.3

张诗晨,金丽鸥,李跃,郑晓雪,王婧,魏欣,王众泽,韩冰. kartogenin对骨关节炎的治疗作用机制及其在软骨组织工程学中应用的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2021, 47(2): 519-527.

图/表 1

表1

搭载KGN的纳米载体及主要特点"

Composition	Size by DLS(l/nm)	Surface charge	Carrying method and loading rate	KGN release characteristic	Scaffold	Advantage and feature
RGD-KGN- UCNP@SiO₂ NPs	35	n/a	Conjugated; n/a	More than 50% in 4 h with NIR irradiation	n/a	Long-term tracking of hMSCs by using NIR light； NIR-triggered release of KGN in hMSCs
PN-KGN NPs	25	+	Conjugated; n/a	20% in 30 d	n/a	Promoting electrostatic interactions with cartilage matrix; protecting cartilage for more than 12 weeks after IA injection
PN-KGN NPs	25	+	Conjugated; 13%	11% in 11 d	AMSA/AG hydrogels	Recruiting endogenous MSCs; synergistically enhancing the chondrogenesis of MSCs by loading both KGN and TGF-β3
USPIO-KGN NPs	14±3	n/a	Conjugated; n/a	32% in 6 d	Collagen /cellulose nanocrystals scaffold	Recruiting endogenous MSCs；noninvasively monitoring the sca?olds degradation process and observing the neocartilage regeneration by MRI
USPIO-KGN NPs	14±2（TEM）	n/a	Conjugated; n/a	32% in 6 d	Cellulose nanocrystal/ dextran hydrogels	Recruiting endogenous MSCs; noninvasively monitoring the degradation of hydrogels and neocartilage regeneration in realtime by MRI
F127/COS/ KGN_DCF nanospheres	4 ℃：650； 37 ℃：305	n/a	Conjugated; n/a	20%—50% in 14 d (enhanced with decreasing F127 content )	n/a	Rapid release of DCF for subsidence of inflammation, sustained release of KGN for cartilage regeneration; release enhanced by cold treatment
PGS-KGN nanofibers	617±235（SEM）	n/a	Loaded; n/a	(0.32±0.03) μg·mg^－1(weight of scaffold) in 21 d	PGS/PCL aligned nanofibers	Mimicking structural features of ECM in superficial zone of articular cartilage
HNT/KGN	0.002wt% HNT：235±20；0.005wt% HNT： 219±13	—	Loaded； 6wt%	In PBS：70% in 7 d; In synovial fluid： 100% in 38 d; Hydrogels in PBS：more than 50% in 25 h	HNT/ KGN/ Lap hydrogels	HNT reinforced the rheological properties of the hydrogel;self-repairing after disruption; stable to ultrasound irradiation
PLGA-KGN NPs	270	n/a	Loaded； 7.5wt%	Free : 85% in 60 d; In hydrogels: 70% in 60 d	Acylated HA hydrogels	Recruiting endogenous MSCs；in situ gelation under UV light；sustained release manner
CHI-KGN NPs/ CHI-KGN MPs	NPs: 150±39； MPs: 1840±540	—/+	Conjugated； NPs:（98.1±1.6）%；MPs:（97.9±1.9）%	NPs: 30% in 50 d; MPs: 50% in 50 d	n/a	Sustained release profiles； greater ability for NPs to promote chondrogenic differentiation and cartilage regeneration
PEG-PAMAM- KGN（PPK）/KGN-PEG- PAMAM（KPP）	PPK:36.2±0.2; KPP:33.3±0.4	—/+	Conjugated； PPK:(5.50± 0.2)wt%； KPP:(5.23±0.34)wt%	n/a	n/a	Positive surface charge promoting cellular uptake
PEG-KGN micelles/ HA-PEG-KGN hydrogels	Free： 341.4±58.5；HA hydrogels: 424.7±102.3	n/a	Conjugated; n/a	Micelles:（51.2±5.7）% in 48 h； Hydrogels:（32.4±3.3）% in 5 d	HA hydrogels	Synergistically acting with HA to inhibit the progress of OA

表1

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