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生物3D打印技術在軟骨組織修復中最新研究進展

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-11-21 09:23:57   瀏覽次數:1314  
核心提示:骨關節炎(OA)被認為是最常見的慢性關節疾病。關節軟骨損傷被認為是青少年早期骨性關節炎的重要原因,支架植入或軟骨修復手術是
       骨關節炎(OA)被認為是最常見的慢性關節疾病。關節軟骨損傷被認為是青少年早期骨性關節炎的重要原因,支架植入或軟骨修復手術是早期OA患者保守治療失敗后一個較好的選擇。在正常營養條件下,軟骨細胞的合成代謝和分解代謝活動是動態平衡的,主要依靠糖酵解來提供基本的能量需求。在營養脅迫期間,軟骨細胞表現出靈活的代謝,可以通過三羧酸循環增強線粒體呼吸來維持細胞活力和細胞外基質(ECM)的合成。在OA中,軟骨細胞代謝失去靈活性,細胞線粒體生物合成減少,線粒體DNA (mtDNA)損傷增加。OA軟骨細胞的線粒體損傷進一步降低了ATP的合成并破壞了軟骨細胞的合成代謝。

最新進展

近期浙江大學醫學院邵逸夫醫院的范順武教授團隊在Theranostics發表文章,報道了采用生物3D打印的軟骨細胞外基質(ECM)/明膠甲基丙烯酸酯(GelMA)/外泌體支架,促進缺損區域中的軟骨細胞遷移并可持續釋放外泌體,最終促進軟骨缺損再生。

實驗過程


首先在正常人和OA軟骨樣本中檢測線粒體相關蛋白,并在體外研究間充質干細胞外泌體是否能促進線粒體的生物發生。隨后,設計了用于MSC外泌體傳遞的生物支架,并采用3D打印軟骨細胞外基質(ECM)/甲基丙烯酸明膠(GelMA)/外泌體支架。最后,使用兔模型評估3D打印支架的骨軟骨缺損修復能力。

實驗結果

3D打印的ECM/GelMA/外泌體支架

 

3D打印支架對軟骨修復過程中巨噬細胞浸

3D打印ECM/GelMA/exosome支架對骨軟骨

結果證明采用3D打印技術制作的ECM/GelMA/exosome支架可促進軟骨細胞在缺損區遷移并可持續釋放外泌體,msc衍生的外泌體可被軟骨細胞內化。通過補充線粒體外泌體中與線粒體相關的蛋白,可以增強軟骨細胞線粒體的發生,恢復功能障礙的線粒體,增強軟骨細胞遷移,并極化了滑膜巨噬細胞對M2表型的響應。3D打印支架可顯著促進動物模型軟骨再生。

參考文獻

1 Chen P, Zheng L, Wang Y, Tao M, Xie Z, Xia C, Gu C, Chen J, Qiu P, Mei S, Ning L, Shi Y, Fang C, Fan S, Lin X. Desktop-stereolithography 3D printing of a radially oriented extracellular matrix/mesenchymal stem cell exosome bioink for osteochondral defect regeneration. Theranostics. 2019 Apr 13;9(9):2439-2459. doi: 10.7150/thno.31017. eCollection 2019.

來源:上普博源

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