骨是一個能進行有限的自我修復(fù)和再生的功能性器官。由創(chuàng)傷、運動損傷或病理因素造成的骨軟骨損傷，涉及關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨組織，超過了骨組織自身的修復(fù)能力，不能自行愈合，嚴(yán)重影響關(guān)節(jié)的正；顒樱粌H給患者造成巨大的經(jīng)濟和心理負擔(dān)，給社會帶來沉重的經(jīng)濟負擔(dān)，是一項極具挑戰(zhàn)性的臨床問題。膜內(nèi)骨化（Intramembranous ossification，IMO）和軟骨內(nèi)骨化（Endochondral ossification，ECO）是骨器官胚胎發(fā)育和骨缺損修復(fù)再生的兩條途徑。目前用于治療骨缺損的生物材料主要通過 IMO 實現(xiàn)成骨修復(fù)，但常因血管化難以建立而導(dǎo)致骨再生 不良。從骨發(fā)育生理學(xué)和臨床角度來講，人體骨骼發(fā)育和骨折愈合主要通過 ECO 進行。ECO 通過間充質(zhì)干細胞聚集成團、分化為軟骨細胞，以適應(yīng)骨缺損處低氧和低血供的局部微環(huán)境，并進一步增殖成熟為肥大軟骨細胞，分泌血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）誘導(dǎo)血管侵入解決成骨中心區(qū)域血供不足的問題，最終轉(zhuǎn)化為成骨細胞分泌骨基質(zhì)修復(fù)骨缺損。因此，基于ECO 構(gòu)建生物材料是一種更理想的骨缺損修復(fù)策略。但是，其臨床應(yīng)用仍然受制于 ECO 復(fù)雜的細胞行為和較長的體外細胞誘導(dǎo)周期。
圖1. 功能化微支架水凝膠復(fù)合體系調(diào)控干細胞軟骨內(nèi)骨化行為修復(fù)骨軟骨缺損示意圖
本文亮點：
圖2. RQA-K@RAMS 的構(gòu)建及表征
（2）功能化微支架水凝膠全階段調(diào)控并加速 hBMSCs 軟骨內(nèi)骨化行為。RGD 多肽修飾的微支架因為其較大的比表面積和 3D 多孔結(jié)構(gòu)可以重現(xiàn)細胞的增殖、聚集行為，并且有利于細胞和外部環(huán)境進行物質(zhì)交換，水凝膠層不但避免了微支架表面的細胞流失和注射過程中因剪切應(yīng)力導(dǎo)致的細胞損傷，而且為細胞提供了粘彈性微環(huán)境，進一步增強了細胞的黏附、聚集行為，并且有利于軟骨細胞增殖和肥大；功能化微支架水凝膠通過緩慢釋放 KGN，為 hBMSCs 軟骨向分化提供持續(xù)穩(wěn)定的軟骨誘導(dǎo)微環(huán)境，形成更多的軟骨基質(zhì)進一步促進了軟骨細胞 肥大化；QK 多肽在體內(nèi)移植時通過招募血管內(nèi)皮細胞形成有利于肥大軟骨細胞向成骨細胞轉(zhuǎn)化的血管微環(huán)境。本研究通過對接種于功能化微支架水凝膠的 hBMSCs 在進行體外軟骨內(nèi)骨化 5 周的誘導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)體外軟骨誘導(dǎo) 2 周就有較高的 COL10A1 的表達，并且通過裸鼠皮下異位成骨實驗發(fā)現(xiàn)體外軟骨誘導(dǎo) 2 周展示出了和體外軟骨誘導(dǎo) 3 周肥大 2 周的細胞-支架復(fù)合體相近的成骨礦化和血管招募能力，表明我們所構(gòu)建的功能化海藻酸鈉微支架水凝膠通過調(diào)控細胞軟骨內(nèi)骨化行為，可以顯著加速其軟骨內(nèi)骨化進程，并在植入體內(nèi)后表現(xiàn)出良好的成骨礦化和血管招募能力。
圖5. 裸鼠皮下異位成骨實驗
圖7. 功能化微支架水凝膠促進兔膝關(guān)節(jié)骨軟骨缺損的軟骨下骨層修復(fù)
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c12694
