Regamet 3D打印軟骨支架助力骨關(guān)節(jié)炎的治療和研究

來源：環(huán)亞生物科技APG Bio LTD

骨關(guān)節(jié)炎o(hù)steoarthritis (OA)是一種常見的骨科疾病，高發(fā)于老年群體。該病尚無有效的治療方法，只能通過減輕炎癥和疼痛、手術(shù)矯正、人工關(guān)節(jié)置換等方式緩解和控制。雖然OA的治療思路不斷突破，比如利用年輕捐助者的軟骨作為修復(fù)關(guān)節(jié)的干細(xì)胞來源，進(jìn)行細(xì)胞增殖并分化成軟骨細(xì)胞來修復(fù)半月板等，但對OA的治療仍無顯著進(jìn)展。

本文來自墨西哥國立醫(yī)學(xué)研究所的一個團(tuán)隊(duì)，于2023年發(fā)表在《applied sciences》9月的期刊。該文章中，作者利用綿羊模型和生物3D打印技術(shù)探索OA治療的新方法。

實(shí)驗(yàn)方法
1.間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）制備：
選取3只綿羊皮下注射粒細(xì)胞集落刺激因子，刺激其干細(xì)胞增殖。在干細(xì)胞達(dá)到預(yù)定水平后，抽取動物的血液通過密度梯度離心和流式細(xì)胞分選的方法收集間充質(zhì)干細(xì)胞。
2.軟骨支架3D打印：
聚乳酸作為原料，使用REGEMAT 3D公司的Bio V1 生物3D打印系統(tǒng)打印了兩種不同的軟骨支架結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1.軟骨支架3D打印。（A） REGEMAT 3D生物打印系統(tǒng)（B） 打印過程的側(cè)視圖（C） 軟骨支架（D） 種植體組件的輪廓（E） 側(cè)向植入模型（F） 外關(guān)節(jié)植入物和內(nèi)關(guān)節(jié)植入物的模型

3.支架植入：
將3D打印并與MSC孵育好的支架植入綿羊的不同位置，包括綿羊胸肋區(qū)域皮膚下方1厘米處（僅植入帶有細(xì)胞的支架）即側(cè)向植入組和通過關(guān)節(jié)切開術(shù)放置在關(guān)節(jié)外部和內(nèi)部的位置（分別植入帶有細(xì)胞和沒有細(xì)胞的支架即關(guān)節(jié)內(nèi)和關(guān)節(jié)外植入組，然后在動物體內(nèi)培育3個月或者6個月。

4.免疫熒光驗(yàn)證：
將植入動物體內(nèi)培養(yǎng)的支架取出，利用免疫熒光染色的方法驗(yàn)證骨相關(guān)標(biāo)志物（RUNX2 和 OPN）和軟骨相關(guān)標(biāo)志物（COL2A1、Aggrecan 和 SOX9）的表達(dá)水平，并與正常動物組織表達(dá)水平相比較。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通過免疫熒光染色發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)內(nèi)植入物上普遍存在軟骨標(biāo)志物（SOX9、Aggrecan 和 COL2A1）的表達(dá)，與作為正常軟骨組織的陽性對照相比，表達(dá)水平都有顯著升高，說明 MSC確實(shí)對軟骨形成有促進(jìn)作用。

圖2. 側(cè)向植入支架在3個月后的免疫熒光進(jìn)行表征（細(xì)胞核用DAPI染色;紅色標(biāo)記表示不同軟骨標(biāo)記物-COL2A1、Aggrecan 和 SOX9）

另一方面，與關(guān)節(jié)外的植入物相比，在關(guān)節(jié)內(nèi)的植入物中各類代表因子的水平也有顯著上升。而且關(guān)節(jié)內(nèi)具有軟骨發(fā)育最合適的環(huán)境，細(xì)胞可以轉(zhuǎn)移和分泌影響周圍細(xì)胞的特定外泌體和微囊泡；也可能因損傷刺激后，間充質(zhì)干細(xì)胞可以直接在天然軟骨細(xì)胞中分化有益于受傷組織的修復(fù)。

總結(jié)
作者對不同時間點(diǎn)和不同植入位置的支架做了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分析，證實(shí)植入物中預(yù)分化的 MSC 是否存在，是 3 個月和 6 個月時骨特異性標(biāo)志物表達(dá)的決定因素。此外，關(guān)節(jié)微環(huán)境有助于在軟骨植入物上軟骨的分化生長，而植入物的植入時間也有可能影響軟骨發(fā)育的情況。這為未來OA的治療提供了新的思路。
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