半月板是膝關節(jié)內保護關節(jié)穩(wěn)定性的重要組織，缺乏自愈能力，損傷后很難自我修復。半月板損傷修復是臨床治療的難題之一，尤其是半月板白區(qū)損傷的修復更讓臨床醫(yī)生束手無策。目前，多采用人工合成類材料對半月板進行修復，但人工合成類材料的生物相容性不足，且對半月板損傷的治療效果不佳。因此，開發(fā)具備高生物相容性及組織特異生物活性的材料用于臨床較為迫切。
　　近日，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所于寅團隊在Bioactive Materials上，發(fā)表題為Injectable ECM hydrogel for delivery of BMSCs enabled full-thickness meniscus repair in an orthotopic rat model的研究文章。該研究用豬半月板脫細胞化得到一種組織特異性細胞外基質（ECM），并將其制備成可注射的水凝膠用于負載骨髓間充質干細胞（BMSCs）形成一種活體生物材料。研究發(fā)現(xiàn)，該ECM可以促進BMSCs成軟骨分化；將該ECM負載BMSCs注射到半月板損傷處，可修復半月板損傷和抑制關節(jié)退變。該項研究探討了其生物相容性和軟骨誘導性能，并評價了其對半月板損傷的修復和關節(jié)的保護作用，對半月板修復具有重要臨床意義。
　　該研究從仿生學得到啟發(fā)，用豬半月板的內側1/3部分組織（白區(qū)）通過脫細胞化制作一種組織特異性細胞外基質（ECM），并將其制備成可注射用的水凝膠，再將該ECM負載骨髓間充質干細胞（BMSCs）形成具有生物活性的活體凝膠材料用于半月板損傷修復（圖1）。繼而將組織特異性ECM復合BMSCs做體外三維培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)該ECM具有優(yōu)異的生物相容性和軟骨誘導能力（圖2）。體外培養(yǎng)21天后發(fā)現(xiàn)，該ECM與BMSCs的復合物的形貌結構更接近正常的半月板組織，這說明該ECM更利于半月板損傷的修復（圖3）?？蒲腥藛T將組織特異性ECM復合BMSCs后在體外培養(yǎng)一周后，置入SD大鼠的背部，四周后取出該復合物進行組織學染色，結果表明該組織內出現(xiàn)大量的軟骨的特異性標志“軟骨陷窩”，番紅染色和甲苯胺藍染色呈現(xiàn)強陽性（圖4）。研究團隊繼而制作了一個位于半月板白區(qū)全層的半月板損傷SD大鼠模型，將負載有BMSCs的組織特異性ECM注射到模型半月板損傷部位，兩個月后發(fā)現(xiàn)，該活體生物材料能夠促進半月板的修復，同時保護了關節(jié)，抑制了鈣質流失和骨關節(jié)炎的發(fā)生（圖5）。
　　該研究利用組織特異性的ECM負載骨髓間充質干細胞形成可注射的活體水凝膠，并研究其在全層半月板損傷動物模型中的治療效果和保護關節(jié)免于骨關節(jié)炎的功能，實驗過程歷時兩年半，克服動物實驗過程中的困難，通過在顯微鏡下對小鼠進行微創(chuàng)手術來構建半月板損傷模型，確保了實驗模型的準確性，為臨床半月板損傷的治療提供了新思路，是可注射活體生物材料在再生醫(yī)學應用上的有益嘗試。
　　深圳先進院合成生物學研究所研究助理鐘剛、廣西醫(yī)科大學博士姚軍為論文的共同第一作者。研究工作獲得深圳合成生物學創(chuàng)新研究院、深圳市科創(chuàng)委孔雀計劃團隊、中科院深圳先進技術研究院優(yōu)秀青年創(chuàng)新基金及廣西自然科學基金聯(lián)合培育項目的資助。
　　論文鏈接 
　　圖1.利用可注射活體生物材料進行體內異位及原位軟骨再生及半月板創(chuàng)傷修復實驗的示意圖
　　圖2.（a,b）體外三維立體培養(yǎng)live/dead染色；（c）三維立體培養(yǎng)后的糖胺多糖（GAGs）檢測；（d）三維培養(yǎng)21天后，Collagen I，Collagen II和aggrecan的基因表達。
　　圖3.三維立體培養(yǎng)后的電鏡圖
　　圖4.置入大鼠背部組織特異性ECM復合BMSCs 復合物的組織學染色
　　圖5.（a）大體圖；（b）番紅固綠染色；（c-e）micro-CT掃描,c:反映關節(jié)腔的骨質變化和骨贅形成；d:反映關節(jié)腔容積；e:反映骨小梁密度