Nature Communications|四川大学李中瀚教授课题组建立基于人多能干细胞的SOX9+生骨节前体细胞分化体...

　　

骨骼系统由骨和软骨组织构成，为人体提供支撑、保护及肌肉附着点，支持运动。骨发育相关疾病，如成骨不全症、先天性脊椎骨骺发育不良等，严重影响生活质量，甚至导致胎儿死亡，是重要的基础医学问题。然而，由于人类骨组织获取困难，且缺乏具有自发育能力的器官模型，显著制约了我们对于人源骨组织发育原理和骨发育相关疾病分子机制的解析。因此，建立高效、均一的分化体系以获取种子细胞，并构建精准的骨骼发育模型，对揭示骨发育调控机制及挖掘治疗靶点具有重要基础科学意义。

人类骨发育主要通过膜内成骨和软骨内成骨两种方式。大部分骨骼，如胸骨、四肢骨等，通过软骨内成骨发育。该过程始于间质细胞凝集形成软骨原基，随后经历软骨细胞肥大、血管入侵等阶段，最终形成具有骨髓腔的骨组织。生长板结构是骨骼干细胞的主要驻留区域，肥大软骨则调控基质矿化、分泌血管内皮生长因子，并分化为成骨细胞等，构建支持造血的微环境。尽管利用间充质干细胞、人多能干细胞等在骨组织构建中取得了一定进展，但成体干细胞存在发育谱系不明确、异质性高等问题，限制了其应用。现有基于人多能干细胞的模型耗时较长，且无法模拟早期发育过程及生长板形成。因此，构建更接近体内发育进程的全功能人类软骨内成骨模型仍是研究热点和难点。

2025年3月21日，四川大学李中瀚教授课题组在Nature Communications上发表题为“Recapitulation of endochondral ossification by hPSC-derived SOX9+ sclerotomal progenitors”的研究论文。该研究开发了一种高效分化体系，成功从人多能干细胞（hPSCs）中以>99%的分化效率获得了SOX9+生骨节间质前体细胞（SOX9+ scl-progenitors），解决了传统分化过程中的细胞异质性问题。这些前体细胞具有优异的成软骨和成骨分化潜能。通过无血清谱系定向诱导方法，可分别发育为软骨前体细胞和（软骨内成骨定向的）早期软骨细胞。其中经成球培养形成的软骨前体细胞移植后发育为透明软骨组织，可介导免疫缺陷小鼠关节缺损修复；而在高密度贴壁培养条件下，SOX9+ scl-progenitors经间质凝集发育为（软骨内成骨定向的）早期软骨细胞，移植后通过软骨原基形成、肥大软骨分化、血管侵入等过程发育为含髓腔的骨组织，高度模拟软骨内成骨过程。更重要的是，两种前体细胞有序融合后，能够自发形成具备极性伸长能力的生长板样结构，其分子和细胞组成与胚胎长骨组织高度相似，且形成的骨组织具有人类原代组织的力学性能。此外，该研究鉴定了ITGA9作为SOX9+ scl-progenitors的表面标志物，为骨骼发育研究和生物工程提供了重要的种子细胞来源。同时，建立了SOX9+ scl-progenitors的无血清扩增体系，可在2个月内实现约15,000倍的扩增，为骨发育研究提供了规模化的细胞来源。综上，本研究提供了一套基于hPSCs的软骨内骨化及生长板形成的模拟体系，为研究骨-造血系统微环境及骨发育缺陷疾病机制提供了新范式。

在本研究中，四川大学博士生熊靖飞为论文第一作者，四川大学李中瀚教授、殷旖珂副教授作为该论文的共同通讯作者。该研究获得了科技部重点研发计划“干细胞研究与器官修复”和“干细胞及转化研究”项目、国家自然科学基金、国家特聘计划青年项目、四川省重大科技专项等的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-58122-9