用于誘導(dǎo)抗炎表型及軟骨/骨界面再生的3D打印含銅生物活性玻璃陶瓷支架

供稿人:王宇濤，賀健康

骨關(guān)節(jié)炎不僅導(dǎo)致軟骨病變，還伴有由炎癥反應(yīng)引起的軟骨下骨損傷。通過調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)來治療骨關(guān)節(jié)炎具有重要意義。由于銅元素在免疫反應(yīng)和抗關(guān)節(jié)炎中起著至關(guān)重要的作用，因此摻入銅的生物活性玻璃陶瓷（Cu-BGC）可以達(dá)到治愈軟骨病變和減少骨關(guān)節(jié)炎引起的炎癥反應(yīng)的目的。

中國科學(xué)院上海陶瓷研究所連同南京第一醫(yī)院和南京醫(yī)科大學(xué)的研究人員采用3D打印的方法成功制備了Cu-BGC支架。并研究了Cu-BGC支架對所培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的刺激作用以及對骨和軟骨缺損的體內(nèi)再生作用。

體內(nèi)和體外的相關(guān)研究結(jié)果表明向BGC支架中摻入Cu2+可顯著促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖和成熟，并誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡妆硇?。組織學(xué)分析表明，與CTR和BGC組相比，Cu-BGC支架顯著改善了軟骨的再生并提高了骨軟骨界面的恢復(fù)。

圖1.在BGC和Cu-BGC支架中培養(yǎng)的支架結(jié)構(gòu)和軟骨細(xì)胞的形態(tài)。 BGC（A）和Cu-BGC（E）支架的總體形態(tài)。BGC（B）和Cu-BGC（F）支架的SEM圖像。在BGC（C）和Cu-BGC（G）支架中接種后的軟骨細(xì)胞的SEM圖像，在BGC（D）和Cu-BGC（H）支架中接種后的軟骨細(xì)胞的CLSM圖像。與BGC支架相比，Cu-BGC支架中的軟骨細(xì)胞顯示出更好的微絲形態(tài)。

圖2.術(shù)后8周和12周的體內(nèi)軟骨和軟骨下骨再生情況。A1-3和D1-3：CTR組，B1-3和E1-3：BGC組，C1-3和F1-3：Cu-BGC組。(G1-L3）術(shù)后8周（G1-I3）和12周（J1-L3）的H＆E染色。 G1-3和J1-3：CTR組，H1-3和K1-3：BGC組，I1-3和L1-3：Cu-BGC組。藍(lán)色、紅色以及黑色、分別代表骨、軟骨及支架。

本研究所制備的Cu-BGC支架具有穩(wěn)定釋放的Cu2+離子的能力，來自Cu-BCG的含銅離子產(chǎn)物可以有效刺激軟骨細(xì)胞的成熟。Cu-BGC支架改善了軟骨的再生并促進(jìn)了骨軟骨界面的構(gòu)建，而巨噬細(xì)胞中的抗炎細(xì)胞因子可減少軟骨組織的損傷。研究表明，Cu-BGC支架具有調(diào)節(jié)體外免疫反應(yīng)和促進(jìn)骨軟骨組織再生的能力，這是預(yù)防與骨軟骨缺損相關(guān)的骨關(guān)節(jié)炎發(fā)展的可行策略。

參考文獻(xiàn)：
Rongcai Lin, Cuijun Deng2, Xuxiang Li, Yaqin Liu, Meng Zhang, Chen Qin2, Qingqiang Yao,Liming Wang1, Chengtie Wu2，Copper-incorporated bioactive glass-ceramics inducing anti-inflammatory phenotype and regeneration of cartilage/bone interface[J]. Theranostics，2019;9(21):6300-6313.

供稿人:王宇濤，賀健康 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室