关节软骨以及软骨下骨是一个复杂的缺损模型，软骨下骨为关节软骨提供一个良好的力学环境。因此对于关节软骨损伤的修复，不仅需要针对软骨进行修复，还需要针对于软骨下骨进行修复。双相支架的应用在关节软骨以及软骨下骨的修复上具有良好的应用前景。
近日，上海交通大学生物医学工程学院李海燕特别研究员的团队联合上海交通大学附属第六人民医院何耀华教授的团队，在双相支架对关节软骨以及软骨下骨的修复研究中取得新成果。研究结果以”An injectable continuous stratified structurally and functionally biomimetic construct for enhancing osteochondral regeneration”为题发表在国际著名刊物《Biomaterials》（192 (2019) 149-158）（IF=8.8）上。
双相支架已被广泛应用在关节软骨以及软骨下骨的修复上，而传统的双相支架大多都是一些预成型的支架，通过将两种不同的材料以理化方式相结合，并在其中携带有种子细胞以及相应的生长因子等用于关节软骨以及软骨下骨的修复。但是，这些预成型的支架难以移植进入到关节软骨以及软骨下骨处在的复杂而狭窄的缺损部位中，在移植过程中很容易造成二次伤害。并且其将生长因子作为诱导干细胞向软骨细胞以及成骨细胞分化的信号，存在着半衰期短，容易变性等缺点。而在种子细胞的选用上大多采用骨髓间充质干细胞作为修复的主要细胞。李海燕课题组在此前的研究中构建了以生物活性玻璃为主要活性成分与海藻酸钠共同组合形成的可注射生物活性水凝胶携带有骨髓间充质干细胞用于骨组织缺损的修复。在此基础上，采用了海藻酸钠和琼脂糖构建了温敏性复合水凝胶来作为软骨组织修复的材料，并在其中携带有软骨细胞和骨髓间充质干细胞共培养的体系。该体系在材料上，模拟了骨软骨的结构，同时双层材料之间以海藻酸钠作为共同的基底材料加强双层之间的结合。在体外和体内实验中该材料体系都表现出了良好的生物相容性。
与此同时在功能上，生物活性玻璃能够诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，从而有助于软骨下骨的修复，为软骨的修复提供良好的力学环境。而软骨细胞和骨髓间充质干细胞共培养的这一体系，一方面软骨细胞能够直接对关节软骨进行修复，同时软骨细胞通过细胞间的交流能够诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化，从而克服了软骨细胞提取和扩增不易的问题。体外研究也证明这一双相支架可以在功能上模拟出关节软骨以及软骨下骨的功能。
同时相较于3D打印等方式，该支架体系还具有可注射的优点，在材料的植入上更为简便，避免二次伤害，能够贴合狭小而复杂的创面。在大鼠的关节软骨以及软骨下骨的缺损中，使用了该双层可注射生物活性支架的缺损部位，其软骨下骨和关节软骨都有着良好的修复效果。相较于对照组而言，注射了该双层支架的缺损部位，其骨小梁数量和厚度都有着良好的提升，关节软骨的形态更接近于正常的透明软骨形态，且其新生组织与原有组织之间的结合紧密，组织学打分明显优于其他组。该研究证明了该双层可注射的生物活性支架，在结构和功能上成功的模拟了关节软骨以及软骨下骨，并且有着良好的应用前景，为临床关节软骨以及软骨下骨缺损的修复提供了一套潜在的方案。
上海交通大学生物医学工程学院的硕士研究生朱彦伦和上海交通大学附属第六人民医院的博士生孔令志是该论文的共同第一作者，李海燕特别研究员和何耀华教授为共同通讯作者。该研究工作得到了科技部重点研发计划（2016YFC1100201） 国家自然科学基金（31470918, 31771024, 81572106）以及上海交通大学晨星计划的支持
此研究结果是李海燕课题组在生物活性硅酸盐材料和可注射水凝胶在组织工程应用领域的又一创新性结果。自2013年以来课题组已陆续在生物活性硅酸盐材料/可注射水凝胶复合体系促进血管新生《Acta Biomaterialia, 2013》、生物活性及促进骨组织修复能力探索《Acta Biomaterialia, 2013》、促进骨组织修复机理探索《Biomaterials, 2014》、促进皮肤创伤修复及机理探索《ACS Applied Materials & Interfaces, 2016; Biomaterials, 2016; Acta Biomaterialia, 2017; Journal of Materials Chemistry, 2017》、促进不规则骨创面修复及机理探索《Journal of Materials Chemistry, 2018》等方面取得重大进展。
作者：朱彦伦
编校：李海燕
供稿部门：科研与学科办
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