生物3D打印仿生支架通过双向调控软骨内骨化促进肩关节再生(2)

时间：2023-10-24 10:04 来源：九院3D打印中心王金武团队作者：admin 阅读：次

为了进一步评估生物3D打印肱骨头支架在蛋白质水平上双向调节BMSCs软骨内骨化过程的效果，研究人员在体外培养30天后，对不同支架的外层和内层进行了透明软骨化标志蛋白（COL-II）和纤维软骨化标志蛋白（COL-X）的免疫荧光染色。结果表明，在动态力学加压协同PTH的联合刺激下，软骨层支架中BMSCs中软骨内骨化进程受到较好的抑制，快速生成并维持透明软骨表型；而在在动态力学加压刺激协同HA诱导的组合下，软骨下骨层支架中BMSCs的软骨内骨化进程得到显著促进，快速生成软骨下骨。

图4 体外刺激后COL-II和COL-X的免疫荧光分析

为了进一步评估不同刺激对软骨再生的促进作用，进行了组织学评估，如苏木精-伊红染色(he)、Masson–三色染色(Masson)、番红O/固绿染色(SO/FG)、阿辛蓝染色(AB)和甲苯胺蓝染色(TB)。结果表明，动态力学加压联合PTH刺激可协同促进肱骨头支架表面软骨组织的形成。

图5 各组体外刺激后肱骨头硬组织切片组织学检查

通过对肩关节进行X线和MRI扫描，以评估植入肱骨头修复体的固定和再生组织的形成。结果显示，双刺激组的新生骨体积明显大于其他三组，MRI也证实所有植入的假体均保留在关节内，无脱位；且双刺激组新再生的软骨组织比生物力学和生化组更厚。

图6 肱骨头关节置换术后4个月肩关节的X射线和MRI照片，每组都有人造支架。LA：侧视图，AP：前视图和后视图，T1：T1加权成像，T2：T1加权成像，PD：质子密度加权像。

为了进一步验证再生肱骨头软骨和骨的形成情况，实验动物在关节置换术后4个月安乐死，并收集标本进行大体观察。

图7 半肩关节置换术后肱骨头软骨再生的组织学检查

最后在软骨下区域进行HE、Masson、Van Gieson (VG)、SO/FG、AB和TB染色，结果表明，生物力学刺激促进再生软骨组织的软骨内成骨过程，加速成熟骨组织的形成。

图8 体内半肩关节置换术后肱骨头软骨下骨再生的组织学观察

该研究展示了一种生物3D打印关节仿生支架，它具有类似于天然肩关节肱骨头的各向异性组织结构和多样化成分。研究通过动态力学加压协同不同生物化学刺激双向调控干细胞内的软骨内骨化进程，实现了关节表层透明软骨和关节下骨的一体化再生。这种应用支架架构、生物化学和生物力学协同刺激的方法可能对大型关节的高效再生产生深远影响，有望在动物肩关节重建以及其他大关节（如膝盖、髋部和腕关节）重建领域取得进展。此方法还为设计和制造大型、解剖匹配的临床相关植入物提供了一种借鉴方案。该研究通过应用生物力学和生物化学刺激以及各向异性结构，有望进一步推动生物3D打印大关节的发展。

(责任编辑：admin)

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