上海瑞金醫(yī)院鄧廉夫、崔文國、齊進(jìn)：3D打印支架共生微巣促進(jìn)骨缺損愈合的機(jī)制研究

來源：EngineeringForLife  

3D打印支架已經(jīng)顯示出促進(jìn)組織修復(fù)的優(yōu)越性，但是，支架材料促進(jìn)損傷愈合的作用機(jī)制以及不同材料組分的3D打印支架植入后激活細(xì)胞水平特異性分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)還有待揭示。了解不同3D支架材料植入后對骨修復(fù)進(jìn)程的調(diào)節(jié)機(jī)制以及再生組織中不同細(xì)胞行為及功能的改變調(diào)節(jié)機(jī)制，對于揭示促進(jìn)骨修復(fù)的關(guān)鍵細(xì)胞、重要的基因表達(dá)、相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)以及實現(xiàn)應(yīng)用支架材料在骨修復(fù)過程中調(diào)控具有重要的意義。

近期，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院上海市傷骨科研究所的研究者們在Advanced Science上發(fā)表題為：Transcriptome Analysis Revealed the Symbiosis Niche of 3D Scaffolds to Accelerate Bone Defect Healing的研究論文，利用RNA-Seq技術(shù)，在轉(zhuǎn)錄水平解析3D支架材料對于組織再生過程基因表達(dá)的影響，通過基因功能分析獲得Hydrogel、PCL和β-TCP支架材料的生物學(xué)特性，最終通過生物學(xué)功能的改變評估三種3D支架生物材料提供的共生微巣對細(xì)胞功能以及骨再生過程的特異性調(diào)控機(jī)制。

圖1 基于3D打印技術(shù)構(gòu)建Hydrogel、PCL和β-TCP支架，并通過轉(zhuǎn)錄水平分析提供的再生微巣對于骨再生的作用

圖2 Hydrogel、PCL和β-TCP支架材料骨在生的體內(nèi)實驗評估

圖3 轉(zhuǎn)錄水平分析Hydrogel、PCL和β-TCP支架組中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)差異

目前，hydrogel, PCL和β-TCP作為再生醫(yī)學(xué)的支架材料已得到廣泛的研究和評價，在骨與軟骨等組織的修復(fù)方面具有巨大的潛力。本文初步探究了三種材料在植入骨缺損部位后與細(xì)胞和周圍組織形成的共生微巣對于骨愈合過程軟骨痂向硬骨痂轉(zhuǎn)變階段的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)作用，并揭示了不同材料的特異性功能。本文嘗試使用轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)解碼不同支架材料對于骨再生修復(fù)過程關(guān)鍵細(xì)胞與分子調(diào)控的影響，為后續(xù)應(yīng)用于骨再生的生物支架材料設(shè)計及骨再生過程的特異性調(diào)控提供思路。而進(jìn)一步的實驗研究需要通過分子生物學(xué)方法，對支架材料植入體內(nèi)后發(fā)揮的作用機(jī)制與可能產(chǎn)生的副作用進(jìn)行驗證，并進(jìn)一步闡明其作用機(jī)制，促進(jìn)其形成工程化產(chǎn)品并應(yīng)用于臨床的進(jìn)程。此外，在后續(xù)的支架材料設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)作用機(jī)理，精細(xì)設(shè)計支架材料，充分利用不同材料的特性，提高材料使用的安全性與組織再生的高效性。

相關(guān)研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、上海市衛(wèi)健委項目、上海市教委高峰臨床醫(yī)學(xué)項目、國家自然科學(xué)基金、國家轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)基金以及瑞金醫(yī)院“廣慈引智教授計劃” 項目等項目的資助。

文章來源：https://doi.org/10.1002/advs.202105194