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Regamet 3D打印软骨支架助力骨关节炎的治疗和研究

频道:3D打印技术 日期: 浏览:

骨关节炎osteoarthritis (OA)是一种常见的骨科疾病,高发于老年群体。该病尚无有效的治疗方法,只能通过减轻炎症和疼痛、手术矫正、人工关节置换等方式缓解和控制。虽然OA的治疗思路不断突破,比如利用年轻捐助者的软骨作为修复关节的干细胞来源,进行细胞增殖并分化成软骨细胞来修复半月板等,但对OA的治疗仍无显著进展。


本文来自墨西哥国立医学研究所的一个团队,于2023年发表在《applied sciences》9月的期刊。该文章中,作者利用绵羊模型和生物3D打印技术探索OA治疗的新方法。

实验方法
1.间充质干细胞(MSC)制备:
选取3只绵羊皮下注射粒细胞集落刺激因子,刺激其干细胞增殖。在干细胞达到预定水平后,抽取动物的血液通过密度梯度离心和流式细胞分选的方法收集间充质干细胞。
2.软骨支架3D打印:
聚乳酸作为原料,使用REGEMAT 3D公司的Bio V1 生物3D打印系统打印了两种不同的软骨支架结构(图1)。

图1.软骨支架3D打印。(A) REGEMAT 3D生物打印系统(B) 打印过程的侧视图(C) 软骨支架(D) 种植体组件的轮廓(E) 侧向植入模型(F) 外关节植入物和内关节植入物的模型

3.支架植入:
将3D打印并与MSC孵育好的支架植入绵羊的不同位置,包括绵羊胸肋区域皮肤下方1厘米处(仅植入带有细胞的支架)即侧向植入组和通过关节切开术放置在关节外部和内部的位置(分别植入带有细胞和没有细胞的支架即关节内和关节外植入组,然后在动物体内培育3个月或者6个月。

4.免疫荧光验证:
将植入动物体内培养的支架取出,利用免疫荧光染色的方法验证骨相关标志物(RUNX2 和 OPN)和软骨相关标志物(COL2A1、Aggrecan 和 SOX9)的表达水平,并与正常动物组织表达水平相比较。

实验结果
通过免疫荧光染色发现,关节内植入物上普遍存在软骨标志物(SOX9、Aggrecan 和 COL2A1)的表达,与作为正常软骨组织的阳性对照相比,表达水平都有显著升高,说明 MSC确实对软骨形成有促进作用。

图2. 侧向植入支架在3个月后的免疫荧光进行表征(细胞核用DAPI染色;红色标记表示不同软骨标记物-COL2A1、Aggrecan 和 SOX9)


另一方面,与关节外的植入物相比,在关节内的植入物中各类代表因子的水平也有显著上升。而且关节内具有软骨发育最合适的环境,细胞可以转移和分泌影响周围细胞的特定外泌体和微囊泡;也可能因损伤刺激后,间充质干细胞可以直接在天然软骨细胞中分化有益于受伤组织的修复。

总结
作者对不同时间点和不同植入位置的支架做了详细的实验分析,证实植入物中预分化的 MSC 是否存在,是 3 个月和 6 个月时骨特异性标志物表达的决定因素。此外,关节微环境有助于在软骨植入物上软骨的分化生长,而植入物的植入时间也有可能影响软骨发育的情况。这为未来OA的治疗提供了新的思路。


关键词:3D打印软骨支架

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