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osteoarthritis (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關(guān)節(jié)的干細胞來源，進行細胞增殖并分化成軟骨細胞來修復半月板等，但對OA的治療仍無顯著進展。

本文來自墨西哥國立醫(yī)學研究所的一個團隊，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。

實驗方法
1.間充質(zhì)干細胞（MSC）制備：
選取3只綿羊皮下注射粒細胞集落刺激因子，刺激其干細胞增殖。在干細胞達到預定水平后，抽取動物的血液通過密度梯度離心和流式細胞分選的方法收集間充質(zhì)干細胞。
2.軟骨支架3D打?。?/font>
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（分別植入帶有細胞和沒有細胞的支架即關(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證骨相關(guān)標志物（RUNX2 和 OPN）和軟骨相關(guān)標志物（COL2A1、Aggrecan 和 SOX9）的表達水平，并與正常動物組織表達水平相比較。

實驗結(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志物（SOX9、Aggrecan 和 COL2A1）的表達，與作為正常軟骨組織的陽性對照相比，表達水平都有顯著升高，說明 MSC確實對軟骨形成有促進作用。

圖2. 側(cè)向植入支架在3個月后的免疫熒光進行表征（細胞核用DAPI染色;紅色標記表示不同軟骨標記物-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，細胞可以轉(zhuǎn)移和分泌影響周圍細胞的特定外泌體和微囊泡；也可能因損傷刺激后，間充質(zhì)干細胞可以直接在天然軟骨細胞中分化有益于受傷組織的修復。

總結(jié)
作者對不同時間點和不同植入位置的支架做了詳細的實驗分析，證實植入物中預分化的 MSC 是否存在，是 3 個月和 6 個月時骨特異性標志物表達的決定因素。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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