Adv Healthc Mater（IF=11） | 苹果EV纳米载体+光控水凝胶：骨关节炎的多靶点透皮治疗新策略

骨关节炎（OA）以软骨退化和持续滑膜炎症为核心，是全球致残率最高的疾病之一。当前口服药物生物利用度低、副作用大，关节注射则有创且需反复操作。更棘手的是，OA涉及氧化应激、炎症、免疫失衡、缺氧和异常血管生成等多因素交织，单一靶点药物难以奏效。

植物来源细胞外囊泡（PDEV）因低免疫原性、高生物相容性和天然生物活性，成为药物递送新星；经皮给药则兼具无创、患者友好、避免首过效应等优势。

2026年7月，台北医学大学团队在《Advanced Healthcare Materials》（IF=11.0）发表了一项题为“HOF-Stabilized Apple EV Nanocargo in an NIR-Responsive Hydrogel Enables On-Demand Therapeutic Modulation for Transdermal Deep-Joint Osteoarthritis Therapy”的突破性研究。他们从苹果中提取细胞外囊泡，装载小檗碱和胡椒碱，用氢键有机框架（HOFs）稳定封装，再与氧化石墨烯（GO）一同嵌入可涂抹的水凝胶中。在近红外光（NIR）照射下，这套系统能按需释放药物、温和打开皮肤屏障、调节关节微环境，实现无创深部骨关节炎治疗。

一、核心研究创新点

➤创新 1：天然苹果胞外囊泡（AEV）作为双功能纳米核心载体

区别于人工合成纳米粒，苹果来源细胞外囊泡本身自带抗氧化、抗炎活性，同时作为天然脂质载体共载小檗碱 (BBR，抑炎 / 抗血管新生)+ 胡椒碱 (PIP，透皮促渗、调控 TRPV1)，实现载体 + 药物双重治疗效应，生物相容性远高于化学纳米材料。

 

➤创新 2：HOF 氢键有机框架解决 EV 载药稳定性难题

首次将无金属、高生物相容 HOF 用于植物 EV 体系，多孔晶体结构大幅提升药物包封率（BBR 载药率从 58% 提升至 81.8%），同时稳定 EV 纳米结构，7 天胶体无粒径 / 电位漂移，解决植物囊泡易降解、载药量低的行业痛点。

 

➤创新 3：氧化石墨烯 (GO) 赋予近红外 (NIR) 多重响应功能

突破传统单一光热逻辑，NIR 刺激下 GO 同步实现三重效应：

① 温和光热（40–46℃）可逆松弛皮肤紧密连接，大幅提升透皮渗透； 

②光氧化还原调控关节氧化微环境，降低ROS水平，并伴随溶解氧增加，提示可能有利于缓解局部缺氧。

③ 光触发水凝胶网络重构，按需加速药物释放，实现时空可控给药。

 

➤创新 4：海藻酸钠 - 葡聚糖复合多糖水凝胶透皮基质

柔性贴合皮肤，具备良好力学与流变性能，NIR 照射后凝胶强度进一步提升；无细胞毒性，长效局部储药，极低药物入血，规避全身毒副作用，实现关节局部高富集。

 

二、核心研究思路

本研究整体遵循材料制备理化表征 — 水凝胶刺激响应性能检测 — 体外细胞生物功能验证 — 体内动物疗效与系统安全性评价层层递进的完整实验逻辑链条，从纳米载体原料开发、复合水凝胶体系构建，到细胞层面机制探索，最终落地骨关节炎动物模型开展治疗效果验证，形成一套完整、闭环的研究体系。下文将分步拆解各阶段实验内容，整套材料合成、纳米载体组装及大鼠 OA 透皮干预的完整工艺路线如下：

Scheme 1.NIR响应经皮水凝胶（AEV/BBR/PIP NP-HOF@ALG-GO@Dex）及其在骨关节炎中拟议治疗作用的示意图

 

 01 、复合体系材料制备与理化表征

研究首先完成苹果EV提取纯化：苹果匀浆→30 min超声破碎→0.22 μm过滤，TEM/NTA证实纯化AEV为100 nm左右均匀球形颗粒、无团聚杂质，DPPH实验验证AEV具备浓度依赖性抗氧化能力。随后开展AEV纳米粒优化：梯度调控精蛋白浓度筛选出15.8 mg/mL最优配比，该条件下纳米粒径最小，引入HOF氢键有机框架组装形成核壳结构AEV/BBR/PIP NP-HOF，TEM直观观测规整核壳形貌，7天DLS与紫外吸收光谱稳定性测试证实HOF可长效保护纳米颗粒不发生团聚降解，同步量化各组分配方的小檗碱载药效率，明确HOF对载药能力的提升作用。再进行GO与复合水凝胶构建：完成GO片层形貌、粒径、电位基础表征后，将AEV/BBR/PIP NP-HOF与GO共分散于ALG-Dex多糖体系搅拌成型一体化复合水凝胶，FTIR红外光谱验证各组分分子间氢键相互作用，SEM结合EDS元素映射观察水凝胶均匀多孔网络与C/O/N/Na均匀分布，完成整套材料组装验证。

 

 02、水凝胶近红外多重刺激响应性能评价

设置多组对照材料记录升温曲线，证实复合水凝胶NIR照射后最高可达45.9℃，皮肤表面 42.2℃、软骨深层约 40℃，表明NIR热效应在深层组织有所传导，但疗效主要归因于表面屏障调节与药物渗透增强。体外Franz透皮池与BBR累积释放曲线验证无光环境下凝胶缓慢缓释、NIR激活后释药速率大幅提升的按需给药特征。普鲁士蓝显色、ORP氧化还原电位、溶解氧定量检测共同证明NIR下GO可介导光氧化还原反应，降低体系氧化水平、提升溶解氧以改善缺氧微环境。质构仪与流变仪对比光照前后力学流变参数，证实纳米组分与NIR刺激均可强化凝胶网络结构。

图2. AEV/BBR/PIP NP-HOF@ALG-GO@Dex的材料表征与功能分析

 

 03、体外细胞安全性与生物功能验证

采用梯度浓度大鼠软骨细胞MTT、活死染色完成生物相容性评价，0–5 mg/mL浓度区间细胞活性无下降，NIR处理不产生额外细胞毒性。LPS诱导软骨炎症模型中，Amplex Red荧光定量结果显示单纯凝胶即可下调ROS水平，联合NIR后抗氧化效果进一步增强。RAW巨噬细胞炎症模型通过CD86（M1促炎标记）、CD206（M2抗炎标记）免疫荧光定量分析，材料可轻度推动巨噬细胞向抗炎表型偏移，NIR激活后CD206表达较其他各组增加约8.25倍，实现显著抗炎免疫重塑。

 

图3. AEV/BBR/PIP NP-HOF@ALG-GO@Dex处理的LPS刺激RAW细胞巨噬细胞极化分析

 

 04、MIA 诱导 OA 大鼠体内疗效与系统安全验证

设置正常组、OA模型组、游离BBR组、无NIR水凝胶组、NIR复合水凝胶组多对照开展体内验证。红外热成像记录各组膝关节炎症温度，IVIS活体荧光成像联合血液、皮肤、关节滑液药物定量，证实PIP协同NIR可下调皮肤ZO-1、激活TRPV1通路，实现AEV/BBR/PIP纳米组装体深层关节富集，且全身药物暴露极低。7.0T核磁T2加权成像定量关节水肿信号；步态分析与Morris水迷宫评估大鼠关节运动功能、疼痛相关行为改善效果。大鼠处死后采集膝关节组织开展多重染色：阿利新蓝观察软骨胞外基质保存状态，CD86/CD206荧光验证体内巨噬细胞极化水平，HIF-1α、RDPP 染色可间接提示关节缺氧得到缓解，CD31标记检测病理性血管新生抑制效果，EdU、HSP染色分别表征软骨细胞增殖与热应激相关蛋白表达。同时取心、肝、脾、肺、肾脏器完成HE病理染色验证系统安全性。

图4：AEV/BBR/PIP NP-HOF@ALG-GO@Dex经皮递送在MIA诱导的骨关节炎大鼠模型中的体内评估

三、总结

1.本研究首次整合苹果源胞外囊泡、HOF 稳定框架、双活性生物碱、GO 近红外光热单元、ALG-Dex 多糖基质构建一体化智能透皮递药平台，突破传统外用制剂递送深度不足、靶点单一、无法时序可控释药的局限；

2.体系具备双重透皮协同机制，胡椒碱调控皮肤 TRPV1 离子通道，搭配 GO 近红外温和高热可逆下调紧密连接蛋白 ZO-1，共同实现纳米组装体向深层关节高效渗透；

3.NIR 激活后的复合水凝胶可多通路同步调控 OA 病理微环境，兼具强效抗氧化、诱导巨噬细胞向抗炎 M2 极化、缓解关节缺氧、抑制病理性血管新生、促进软骨细胞增殖与胞外基质保护多重治疗作用；

4.透皮外用给药模式无创便捷，近红外光照实现局部按需给药，大鼠体内实验证实可显著减轻膝关节水肿、保护软骨结构、恢复关节运动功能，心肝肾等主要脏器无病理损伤，整体生物安全性良好；

5.研究仍存在机制待完善之处：暂未完整阐明 HOF 体内降解代谢通路、GO 长期生物蓄积风险，光氧化还原改善缺氧的完整分子链条未完全解析，后续可优化近红外照射参数、开展长周期动物毒性实验，进一步推进该递药系统在退行性关节疾病领域临床转化。

本研究跳出近红外光热水凝胶仅依靠升温促渗的传统研究思路，创新性将天然植物胞外囊泡与 HOF 多孔稳定框架结合作为多功能纳米运载核心，搭配氧化石墨烯光响应单元与生物相容性多糖透皮基质，搭建一套集天然生物活性、高载药稳定性、光控按需释药、多通路同步调控关节炎症、无创局部治疗优势于一体的骨关节炎全新干预范式，不仅为膝、髋等深层关节退行性病变提供新型无创外用治疗方案，也为植物来源胞外囊泡、氢键有机框架、近红外智能水凝胶在骨科炎症疾病中的联合应用提供完整、标准化研究范式，具备较高基础研究价值与临床转化潜力。

 

参考文献：Tseng YW, Weng PW, Lu HT, et al. HOF-Stabilized Apple EV Nanocargo in an NIR-Responsive Hydrogel Enables On-Demand Therapeutic Modulation for Transdermal Deep-Joint Osteoarthritis Therapy. Adv Healthc Mater. 2026;e71330.