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  2019年4月10日，北京大學(xué)第三醫(yī)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所江東副教授和余家闊教授在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國(guó)際頂級(jí)期刊、Science子刊《科學(xué)-轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》（Science Translational Medicine，IF=16.710）在線發(fā)表了題為“Orchestrated biomechanical, structural, and biochemical stimuli for engineering anisotropic meniscus”（生物力學(xué)、結(jié)構(gòu)及生化刺激的協(xié)同作用構(gòu)建異質(zhì)性組織工程半月板）的研究成果。

  半月板是膝關(guān)節(jié)內(nèi)的纖維軟骨結(jié)構(gòu)，具有重要的緩沖和保護(hù)軟骨作用。半月板撕裂后難以自愈，無(wú)論是撕裂本身，還是磨損碎裂或手術(shù)部分切除和全切除，都會(huì)導(dǎo)致脛骨和股骨之間的接觸應(yīng)力增大，明顯增加膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

  應(yīng)用半月板假體（包括膠原半月板CMI）治療半月板部分切除和全切除后的功能和結(jié)構(gòu)的重建，經(jīng)證明無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。同種異體半月板移植物的來(lái)源有限，遠(yuǎn)期效果不確切。因此，為解決半月板缺失后的功能和結(jié)構(gòu)重建，人們對(duì)組織工程半月板（TEM）寄予厚望。

  基于半月板所處的股骨和脛骨之間的運(yùn)動(dòng)環(huán)境和牽拉擠壓力學(xué)環(huán)境的特殊性，體外培育的TEM存在強(qiáng)度不足、結(jié)構(gòu)不仿生等劣勢(shì)，導(dǎo)致其植入后轉(zhuǎn)歸較差。構(gòu)建具有足夠力學(xué)強(qiáng)度和天然半月板異質(zhì)性結(jié)構(gòu)的TEM是半月板研究領(lǐng)域亟待解決的難題。

異質(zhì)性組織工程半月板構(gòu)建原理圖

  課題組以聚己內(nèi)酯（PCL）作為基質(zhì)材料，使用3D打印技術(shù)制備了TEM支架（提供結(jié)構(gòu)調(diào)控），與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）復(fù)合后構(gòu)建MSCs-PCL支架復(fù)合體；采用自主研發(fā)的可控動(dòng)態(tài)應(yīng)力加壓裝置模擬體內(nèi)半月板受力情況，協(xié)同和增強(qiáng)細(xì)胞因子CTGF/TGF-β3對(duì)細(xì)胞-支架復(fù)合體上間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖分化作用（提供力學(xué)和化學(xué)調(diào)控），經(jīng)三種因素聯(lián)合調(diào)控培養(yǎng)四周后初步實(shí)現(xiàn)了干細(xì)胞的體外區(qū)域性誘導(dǎo)分化。植入動(dòng)物體內(nèi)24周后，再生半月板接近正常半月板的異質(zhì)性結(jié)構(gòu)和力學(xué)強(qiáng)度，有效預(yù)防了半月板切除后的關(guān)節(jié)軟骨退變。

TEM植入24周后實(shí)現(xiàn)異質(zhì)性半月板再生

  這項(xiàng)研究提出了一種新穎的異質(zhì)性組織構(gòu)建模式，利用支架結(jié)構(gòu)、力學(xué)和生長(zhǎng)因子微環(huán)境的協(xié)同作用，調(diào)控干細(xì)胞在支架不同部位的差異性分化，從而實(shí)現(xiàn)異質(zhì)性組織工程半月板的構(gòu)建和對(duì)關(guān)節(jié)軟骨的保護(hù)，為其臨床轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。

課題組25年來(lái)在診斷和治療半月板損傷方面的其它工作

  該研究由余家闊課題組、北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院趙峰課題組、北航大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)醫(yī)療高精尖創(chuàng)新中心王曉剛課題組、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊飛課題組、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院布萊根婦女醫(yī)院納米工程與藥物遞送實(shí)驗(yàn)室施進(jìn)軍課題組及北大生物醫(yī)學(xué)工程系葛子鋼課題組合作完成。北醫(yī)三院張正政博士、陳有榮博士、王少杰博士及北航趙峰副教授為該論文的并列第一作者；北醫(yī)三院江東副教授、余家闊教授為該論文的通訊作者。

  這項(xiàng)研究成果的取得體現(xiàn)了醫(yī)工結(jié)合、醫(yī)化結(jié)合、學(xué)科交叉合作的優(yōu)勢(shì)。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、青年基金及國(guó)家高技術(shù)研發(fā)計(jì)劃(863計(jì)劃)、廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。   

  文章鏈接地址：https://stm.sciencemag.org/content/11/487/eaao0750

  DOI: 10.1126/scitranslmed.aao0750