关节炎是一种退行性关节疾病，会引起疼痛并导致软骨逐渐磨损。其中绝大多数病例涉及膝关节。成年人的软骨难以再生，因为其中负责生成新软骨组织的软骨细胞的数量太少了。随着年龄增长，膝关节软骨变薄，也就越来越容易受到关节炎症的影响。

根据国家卫健委公开过的数据，我国骨关节炎患者保守估计有超过1亿人，60岁及以上老年人关节炎患病率约为43.12%。随着人口老龄化发展，关节健康问题已成为老年健康管理的重要挑战。

目前，膝关节炎早期可通过饮食调整、运动和止痛药进行控制。病情较重的患者通常需要接受软骨或骨骼手术、类固醇注射等手段，它们昂贵且疗效存疑。及至晚期，膝关节疼痛难以忍受、完全失去功能，通常最终需要进行成本高昂的全膝关节置换术。

是否存在更好的办法？美国卫生与公众服务部目前正展开一项为期五年、耗资数百万美元的项目，名为“NITRO计划”，这是“骨关节炎组织再生新型创新技术”的英文缩写。目前该项目资助了多个科研团队，各自都在探索对抗膝关节炎的独特路径。

让细胞智能消炎

圣路易斯华盛顿大学的研究团队想要通过改造人体现有细胞的方式来修复软骨。他的团队已在软骨和其他细胞中分离出几种特殊的基因回路，这些回路能够感知关节何时承受负荷，以及炎症何时加剧。健康的膝关节能够缓冲负荷并对抗炎症，而患有关节炎的膝关节则无法做到这一点。

研究者利用基因工程技术对这些基因回路进行了微调。经过修改的基因回路能够感知关节内的变化，并通过生化信号向其他基因发出指令，促使它们释放特定的蛋白质，起到治疗效果。

如果膝关节发炎，回路就会指示细胞DNA的其他部分合成抗炎蛋白；如果感知到极端的机械负荷，则会指示细胞合成有助于缓解疼痛的蛋白质，并启动促进新软骨细胞生成的过程。

目前这一思路已经在小鼠里取得了进展：把改版基因回路注入到关节细胞里之后，几星期内小鼠的膝盖软骨就变得更健康，炎症也减少了，而且这些修改的基因停留在膝盖内部，没有转移到别处。

全新的给药方式

相比之下，科罗拉多大学博尔德分校的研究组采取的思路更为脚踏实地一点。他们正在进行两个项目，其中第一个项目所关注的药物已经获准用于人类。该药物能在试管中刺激新软骨细胞的生成。但在活体关节中，它很快就会消散而失去疗效。

因此，团队开发了一种由可生物降解纳米材料构成的微型给药系统，该系统将药物包裹起来，并使其在膝关节内保持稳定。这些材料还能协调药物以微量释放的方式，每隔几个月释放一次。这样一来，理论上单次注射的药物在膝关节内至少能保持一年活性，从而全面重建软骨。之后这些材料和药物会降解并被人体吸收。

第二个项目是将一种液体生物材料注射到膝关节中。该液体能填充软骨和骨骼里的孔洞并固化。它还含有一种特殊蛋白质，能够渗透到骨骼中，寻找干细胞，并引导它们移向骨骼表面。在那里，其他蛋白质会引导干细胞分化为软骨细胞。这两个项目在兔子和豚鼠里都成功逆转了关节炎的进程。

做一个活的移植体

如果膝关节的损伤过于严重，就无法依靠人体自己的修复和再生能力了。当软骨完全消失时，骨头就会直接摩擦碰撞，引发剧烈的疼痛。传统上面对这种情况，只能手术植入塑料和金属制成的人工关节，这种关节一般仅可使用15-20年，术后也几乎无法进行跑步、跳跃等运动。

哥伦比亚大学的研究者希望让这种人工关节“活”起来。他们构思出一种方案：利用坚固的可生物降解材料，通过3D打印技术制作出形状类似膝关节的支架。随后，将大量软骨细胞和骨细胞（源自患者自身或干细胞库）植入支架中。这些细胞会覆盖并填充支架，随后将支架植入膝关节，手术流程将与当前的膝关节置换手术类似。

该支架能像生物膝关节一样立即承受体重，但一年内应会溶解并被吸收，取而代之的是健康、活体且能承受体重的软骨和骨骼——一个全新的膝关节。

由于这种活体膝关节置换体积过大，无法在老鼠身上进行测试，因此早期实验使用了人类尸体膝关节。到目前为止，这些活体膝关节假体已经承受住了人们行走或跑步时产生的各种力量，而且在培养皿中与人类膝关节组织接触时，实验室培育的软骨和骨细胞也没有引发组织排斥反应。

攻克膝关节炎的未来？

但所有这些举措在人体中的效果尚未得到证实。关注科学的人都知道，令人兴奋的突破经常能在小鼠身上治愈疾病，但在人类身上却毫无作用。工程学和基因实验领域存在着无数曾被寄予厚望、承诺能治愈关节炎却在人体试验中失败的案例。

该领域的资深研究者强调，关节炎很可能并不只是关节内部的问题，全身代谢和炎症都可能起到关键作用，最后成功的疗法需要把患者视为完整的人，而不仅仅是两个膝盖。

另一个担忧在于NITRO计划的时间表。五年时间甚至不足以让大部分研究进入I期临床试验，也即检验安全性的试验，要检验其有效性还需要更久。该项目收尾后，研究组还需要进一步的更长期经费支持，才能让这些初步的成果变为现实。

但研究者对这些项目的前景还是乐观的。在哥伦比亚大学研究活移植体的克拉克·洪表示，这个方向就像登月计划一样雄心勃勃，虽然前路很困难，但为此付出是值得的。“我们正在深入了解膝关节、其退化机制以及可能的修复方法”，他说。他相信活体膝关节置换技术一定能在可预见的未来获得FDA批准。

那时，我们可能再也不用忍受衰老带来的关节疼痛了。