北京医院治白癜风 https://jbk.39.net/yiyuanfengcai/ys_bjzkbdfyy/健康的关节软骨覆盖着臀部和膝盖等主要关节的骨头末端，是自然界中已知润滑效率最高的表面，摩擦系数低至0.，最高可承受生理高压。如此低的摩擦确实对其健康至关重要。它最大程度地减少了磨损，从而最大程度地减少了与骨关节炎（最常见的关节疾病）相关的软骨退化，并通过减少对机械植入的，软骨嵌入的软骨细胞（软骨中唯一的细胞类型）的剪切应力，来调节其功能保持体内平衡。因此，了解关节软骨如此低的摩擦的起源对于减轻疾病症状，减缓甚至逆转其破坏至关重要。最近，魏茨曼科学研究所华人学者WeifengLin和JacobKlein教授在《AdvancedMaterials》进展报告上发表了题为RecentProgressinCartilageLubrication的论文。考虑了摩擦行为与软骨中细胞机械环境之间的关系，然后回顾了关节中的润滑机理，尤其是边界润滑。继基于水合润滑的最新进展之后，提出了滑膜关节的不同分子成分之间的协同作用，该协同作用共同实现了低摩擦。此外，对天然和生物启发性润滑剂的最新发展进行了综述。1介绍通常在Amontons定律F=μN的背景下讨论两个表面之间的摩擦，其中摩擦系数μ=F/N=（使表面滑动的力）/（压缩表面的载荷）。在滑动距离上（如图1A所示）。边界摩擦是摩擦能量损失的另一种主要方式，当滑动过程中两个表面或与其相连的边界层处于分子接触时，就会产生摩擦能量损失。然后，例如，由于范德华力或接触分子之间相反的电荷-电荷粘合剂相互作用，不可逆的粘合剂键断裂和重新形成，可能会导致能量耗散。由于边界摩擦发生在边界层之间而不是下面的基底之间的滑动平面上，因此这种摩擦很大程度上独立于下面的基底（它们本身没有接触），并且主要取决于接触边界层的物理化学性质（如图所示）在图1B）。图1软骨的两种主要润滑方式。2关节软骨的结构和组成2.1软骨的结构与组成通常，基于生化特性，体内存在三种不同的软骨类型：透明软骨（例如关节软骨），弹性软骨（例如耳软骨）和纤维软骨（例如椎间盘）。关节骨的关节末端（图2A）涂有厚度为1-4mm的关节软骨，可在保持低摩擦系数的同时传递关节负荷。图2关节软骨的结构和组成。2.2软骨细胞软骨细胞（软骨中唯一的细胞类型）来源于间充质干细胞，负责维持周围的软骨基质。步行，慢跑和其他正常活动是诱导压缩和减压循环的好方法，这会导致营养物质循环到软骨组织内部。相反，由于OA而导致的活动性丧失会严重影响软骨细胞的健康，这也会以有害的循环降低维持软骨的合成代谢基因的表达，这表明以下情况将摩擦与OA相关（图3）。与年龄相关的因素或某些始发事件（例如事故或运动创伤）相比，摩擦产生的摩擦力要高于与健康，润滑良好的软骨相关的摩擦力，从而导致软骨表面的切应力σs=μP增大，其中μ是摩擦系数，P是法向接触应力。图3A）对于在接触面积A上受载荷Fn压缩的表面，平均压力为P=Fn/A。B）健康关节软骨的组织学图像显示软骨表面光滑。C）骨关节炎软骨的组织学图像显示软骨基质损失从浅表层延伸到更深的区域。D）该示意图显示了骨关节炎中的软骨退化。3.2边界润滑在软骨表面之间的高压下，它们之间的任何流体膜都可以被挤出，从而在表面之间建立部分或全部分子接触。使用模型基板进行的研究采用多种技术来测量边界摩擦。这些方法包括胶体探针扫描技术，其中附着在原子力显微镜悬臂上的胶体颗粒（而不是尖端尖的悬臂）滑过玻璃等基材上的分子层，以及表面力平衡（SFB）（或等效方法）表面力装置（SFA））方法。SFB已在我们的研究小组和其他研究小组中广泛使用，可以直接测量附着在两个基本平行，相对且原子光滑的云母表面上的不同分子边界层之间的法向和摩擦表面力。SFB的示意图如图4所示。图4SFB的实际示意图，用于直接测量分子光滑的云母表面之间的法向力和剪切力。希尔斯和巴特勒（HillsandButler）受到在用盐水冲洗掉滑液后在正常牛软骨表面上形成水的高接触角（–°）的启发，提出了一种模型，该模型表明表面活性磷脂将通过其极性（磷酸胆碱）头基吸收软骨表面（如图5A所示），露出其疏水性酰基尾巴。他们建议，两个这样的尾层将在滑移面上彼此滑过，就像表面活性剂的边界层一样，它们广泛用于润滑和减少机器摩擦学中的磨损。图5拟议的PC脂质润滑软骨的机制。4水化润滑上述研究表明，边界润滑的主要候选物质HA和lubricin本身或结合使用时，在生理压力下的边界摩擦系数要比在整个关节中测得的低摩擦系数大得多.年，基于SFB的测量结果，有人提出，被困在带负电荷的云母之间的生理离子强度（≈0.1m）中的水合离子可以通过称为“水合润滑”的机制提供极其有效的润滑，其作用如下，如图5B左侧所示。5软骨润滑的5种协同作用在软骨润滑的情况下，PL明显存在于软骨表面和滑液中。Seror等人最近进行的SFB研究指出关节中的PC脂质如何在软骨表面形成合适的边界层。在这项研究中，HA分子通过抗生物素蛋白-生物素化学连接到云母表面，以模仿它们在关节软骨表面的存在（图6）。图6A）在抗生物素蛋白层顶部的HA/PC复合物的示意图。B）按顺序涂有抗生物素蛋白，生物素化的HA和HSPC-SUVs的新鲜切割的云母的Cryo-SEM图像，比例尺nm。由于HA是一个长而线性的柔性分子，它可能与一个吸附界面形成多个接触，因此即使每个接触处的相互作用都很弱，例如范德华力，电荷-电荷或电荷-偶极相互作用，总的来说HA在关节软骨表面上的润滑素分子上的附着可能很牢固（并且可能会通过与胶原蛋白或其他微原纤维网络（例如外表浅层的纤连蛋白或弹性蛋白）缠结而进一步增强）。在图7的示意图中说明了此提议的方案，该方案表明滑膜的三个主要关节组件如何共同起作用，每个角色都有很大不同的作用，以提供健康的关节润滑特性。图7关节软骨表面边界润滑层的建议结构示意图。6天然，合成和受生物启发的生物润滑剂尚无OA的治疗方法，但治疗可减轻疼痛，改善运动，减慢或防止进一步的软骨变性。如前所述，由于高的关节摩擦力与组织损伤密切相关，因此与OA密切相关，因此降低这种摩擦力已成为主要目标。6.2聚合物刷在良好溶剂中的聚合物刷已经作为润滑边界层得到了广泛的研究，该聚合物受瓶刷糖蛋白（lubricin）结构的启发（如图8所示），是通过原子转移自由基聚合和后改性技术相结合而制备的。与高达约7atm接触压力的天然软骨相比，用这种接枝共聚物处理的降解软骨不仅显示出减少的蛋白质吸附，而且显示出更低的摩擦系数（μ≈0.01-0.08）（如图9所示）。图8A）在哺乳动物滑液和模仿lubricin的ABA瓶刷聚合物（底部）中发现的润滑脂蛋白（顶部）的示意图.B）在纯净水中测量瓶刷聚合物之间的摩擦系数μ≈0.在PBS溶液中≈0.01。图9A）接枝共聚物PGA-PMOXA-HBA包含聚谷氨酸（PGA）骨架，与刷状，PMOXA侧链和含醛的组织反应性基团偶联，用于锚定在降解的软骨上（插图显示通过Schiff碱键将嫁接共聚物固定在降解的软骨上的示意图）。B）通过在PGA-PMOXA-HBA溶液中过夜孵育，将降解的软骨外植体涂以接枝共聚物。C）通过在5mms-1的PGA-PMOXA-HBA牛滑液中相互滑动以测量摩擦系数，并施加两个不同的法向载荷（5N和10N）。参考文献：doi.org/10.2/adma.版权声明：「高分子材料科学」是由专业博士（后）创办的
