利用细胞外基质激发的天然支架增强透明软骨形成的骨软骨修复

受天然细胞外基质固有化学成分的启发，本研究首先设计并合成了一种模拟细胞外基质的天然水凝胶支架。该支架提高细胞存活率，提供组织特异性微环境，促进骨和软骨分化，从而加速骨软骨修复和透明软骨的形成。本研究为骨软骨缺损的临床修复提供了新的思路。

　　

本研究由北京大学第三医院运动医学研究所，北京大学运动损伤北京市重点实验室Yingfang Ao教授、Jianquan Wang教授、Xiaoqing Hu博士牵头。

骨软骨缺损通常由损伤或各种病理引起，通常导致骨关节炎的发作，并可能最终导致关节的全面退化和随之而来的残疾。尽管有一系列的临床治疗方法，如微骨折、自体细胞移植和自体骨软骨移植，但诸如再生不足和移植物失败等持续存在的问题继续对骨软骨修复构成重大挑战。特别是由于骨软骨组织的无血管性和有限的再生特性，不适当的修复会产生纤维软骨和软骨下骨，导致骨软骨组织退行性变，最终导致修复失败。因此，采用仿生组织工程技术结合替代材料治疗骨软骨缺损。然而，骨软骨组织再生的挑战仍然存在，主要是由于组织谱系的差异和各向异性的生理特性。

在此，本研究从天然ECM固有的化学元素中获得灵感，设计了一种由天然多糖和多肽组成的新型生物链接，用于制造骨软骨再生的模拟ECM支架。天然ECM由丝状物质如多糖和多肽组成，形成具有层次排列的水凝胶状结构。它为细胞存活和表型调节提供必要的机械和结构强化。为了创建细胞支持的模拟ECM微环境，使用透明质酸(HA)和壳聚糖等多糖或明胶和丝素等多肽来制作支架。然而，由于所选择的多肽和多糖各有一种功能，目前试图模仿ECM的水凝胶在复制天然ECM的结构和生物学功能方面面临困难。

在这项研究中，研究人员假设基于多肽和多糖的仿生支架将为促进细胞存活、分化和骨软骨再生提供一种独特的方法。为了将这一概念付诸实践，我们对天然多糖HA和多肽明胶进行了精心修饰，形成了一种具有可逆主客体和刚性共价网络的新型生物链接(MeGH)。通过透明质酸和明胶链之间形成的主客共价网络，制备的MeGH不仅具有良好的生物相容性、细胞适应性和生物降解性，而且具有良好的力学性能，能够适应承载骨软骨组织的环境。此外，得益于生物链接的载药组，成骨和软骨药物可以精确地整合到支架的特定区域，赋予其骨软骨特异性微环境，促进软骨和骨分化。在兔骨软骨缺损的病例中，ECM启发的支架成功地促进了透明软骨和坚固的软骨下骨的发育，模仿了自然逐渐的骨软骨过渡。

综上所述，受天然ECM固有化学成分的启发，本研究首先设计并合成了一种模拟细胞外基质的天然水凝胶支架。该支架提高细胞存活率，提供组织特异性微环境，促进骨和软骨分化，从而加速骨软骨修复和透明软骨的形成。本研究为骨软骨缺损的临床修复提供了新的思路。