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为解决骨关节炎治疗难题，作者[第一作者单位] 研究人员开展 ADSCs 构建软骨组织的研究。结果成功制备出类似天然软骨的构建体。这为软骨再生治疗带来新希望，极具科研价值，推荐科研读者阅读。
在关节健康的领域里，有一种疾病正困扰着无数人，它就是骨关节炎（OA）。关节软骨（AC）作为关节的重要 “保护垫”，由软骨细胞和细胞外基质（ECM）组成，其中 II 型胶原蛋白（Col II）和蛋白聚糖是 “主力军”，为关节提供机械强度并保护关节。但当关节软骨因外伤受损时，就如同坚固的城墙出现了缺口，身体试图用纤维软骨来修复，可这纤维软骨的机械性能远不如透明软骨，就像用质量差的材料修补城墙，不仅效果不佳，还可能导致关节软骨进一步退化，最终引发骨关节炎。而且关节软骨是无血管且无神经的组织，自身再生能力很差，这使得骨关节炎成了全球许多老年人的 “心头大患”，它会引发慢性疼痛，严重影响人们的活动能力，让患者的生活质量大打折扣。
目前，针对受损关节软骨的治疗方法有骨髓刺激、骨软骨圆柱体移植（OCT）技术和自体软骨植入（ACI）等。然而，这些方法都存在不少问题。比如骨髓刺激修复的组织，由于是纤维软骨覆盖，机械强度差；OCT 和 ACI 需要牺牲正常的软骨组织，ACI 还得进行两次手术，并且在细胞扩增培养过程中容易出现去分化现象，这些缺点限制了它们的治疗效果。
为了寻找更好的治疗方法，科研人员把目光投向了间充质干细胞（MSCs）。MSCs 就像是一群拥有 “神奇魔法” 的细胞，它们具有自我更新和多向分化的潜力，能从骨髓、滑膜、脂肪组织等多种间充质组织中获取。其中，脂肪来源的间充质干细胞（ADSCs）更是备受关注，它在体内含量丰富，获取时对身体的损伤小，在扩增培养时也不容易降解，还能通过微创技术大量获取。不过，ADSCs 也有 “小缺点”，和其他组织来源的 MSCs 相比，它的软骨分化潜力较弱。于是，科研人员尝试了各种方法来提升它的软骨分化能力，比如添加生长因子、利用离心力、营造低氧环境等。
与此同时，组织工程技术的发展为软骨再生带来了新希望。生物打印技术作为其中的 “新星”，有望在软骨再生医学中大展身手。之前有研究团队开发了一种 Kenzan 生物 3D 打印机，它能不用支架就制造出 3D 组织。但是，用这种打印机制造的未分化 ADSCs 构建体比较软，成熟和分化都需要较长时间，而且对于晚期骨关节炎患者常见的深层骨软骨缺损，现有的构建体厚度和初始强度都不够，难以满足治疗需求。
为了解决这些难题，作者[第一作者单位] 的研究人员在《期刊原文名称》上发表了题为《论文原文标题》的论文。他们通过一系列研究得出结论：通过优化 ADSCs 的培养条件、诱导软骨分化以及生物 3D 打印技术，成功制造出了在机械和组织学特性上与关节软骨相似的软骨构建体，并且还制备出了深层完全成熟的厚软骨构建体。这一成果意义重大，为未来在软骨组织工程中实现人类大小的软骨构建体植入奠定了基础，有望成为现有关节置换金属植入物的替代方案，为骨关节炎患者带来新的希望。
在这项研究中，研究人员主要用到了以下几个关键技术方法：首先是细胞培养技术，从大鼠体内分离出 ADSCs 并进行培养和扩增；接着利用生物 3D 打印技术，将培养得到的软骨球（由 ADSCs 诱导形成）排列成补丁状，构建无支架的软骨构建体；最后采用多种检测技术，对构建体进行组织学评估、测量糖胺聚糖（GAG）和 DNA 水平、测试抗压强度等，来全面分析构建体的性能。
下面我们来详细看看研究结果。
- 细胞数量：研究人员发现，在添加碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）的间充质干细胞生长培养基（MSCGM）和基础培养基（PM）中，纺锤形细胞的密度比未添加 bFGF 的组更高。在培养的第 4 天和第 7 天，添加 bFGF 的 MSCGM 组细胞数量明显多于未添加组，而添加 bFGF 的 PM 组细胞数量和其他组没有显著差异。这就像是给细胞 “吃” 了一种特殊的 “食物”（bFGF），有些 “食物” 能让细胞长得更快更多。
- MSCs 特性和 ADSCs 的三系分化潜能：通过荧光激活细胞分选（FACS）技术分析发现，ADSCs 表达间充质干细胞的表面标记，如 CD73、CD90 和 CD105，而造血干细胞标记 CD45 则检测不到。在诱导 ADSCs 向软骨、骨、脂肪分化的实验中，分别观察到了相应的分化特征，比如软骨诱导的球体中出现被细胞外基质（ECM）包围的椭圆形细胞，骨诱导后细胞出现钙沉积，脂肪诱导后细胞出现油红 O 染色的脂滴，这表明 ADSCs 具有多向分化的能力，就像一个 “多面手” 细胞。
- 生长因子对球体软骨形成的影响比较
- 大小：ADSCs 在非粘附板上培养一天后就开始聚集，形成直径约 500 - 600μm 的球体。随着时间推移，球体直径逐渐增大，这意味着软骨分化在进行。添加 bFGF 的组球体直径明显大于未添加组，而且无论是否添加 bFGF，球体直径都随着骨形态发生蛋白 2（BMP2）浓度的增加而增大，就好像 BMP2 是球体生长的 “助推器”，浓度越高，球体长得越大。
- 组织学评估：对软骨球体进行组织学评估发现，里面有许多椭圆形细胞，细胞核清晰可见，细胞外基质（ECM）经番红 O（Safranin O）染色，还含有 I 型胶原蛋白（Col I）和 II 型胶原蛋白（Col II）的沉积，这说明球体在向软骨组织发展。
- 生化评估：在生化评估方面，添加 bFGF 显著增加了球体中 GAG 的含量。在添加 bFGF 的情况下，50ng/mL BMP2 组的球体 GAG 产量明显低于其他组；不添加 bFGF 时，100ng/mL BMP2 组的球体 GAG 水平显著高于 50 和 500ng/mL 组。而 bFGF 对 DNA 含量有显著影响，但对 GAG/DNA 比值影响不明显，这表明 bFGF 可能是通过促进细胞增殖来增加 GAG 的产生。
- 不同 BMP2 浓度下软骨构建体生物 3D 打印的比较
- 大体成像：打印后，添加 bFGF 处理的 ADSCs 球体形状一开始还能分辨，但一周后就融合在一起，边界变得模糊。四周后，所有组的软骨构建体都成熟且足够坚硬。构建体的厚度和球体直径一样，在一周内迅速增加，两周后趋于稳定，BMP2 浓度越高，构建体越厚，有些构建体厚度可达约 2mm。
- 组织学评估：组织学评估显示，所有组的构建体都充满了含有蛋白聚糖和胶原蛋白的细胞外基质（ECM），里面有大量均匀分布的椭圆形软骨细胞。不过，250 和 500ng/mL BMP2 组构建体的内部，番红 O 和 Col II 染色较浅，TUNEL 检测呈阳性，说明细胞凋亡率比低剂量组高，这可能是因为构建体太厚，培养基难以渗透进去，导致内部细胞 “营养不良”。
- 生化评估：生化评估结果表明，100ng/mL BMP2 组的 GAG 产量显著高于其他组，250ng/mL BMP2 组则较低。250ng/mL 组的 DNA 水平显著低于 50 和 100ng/mL 组，500ng/mL 组低于 100ng/mL 组，但不同 BMP2 浓度组的 GAG/DNA 比值没有差异。
- 生物力学评估：生物力学评估发现，所有组构建体的平均抗压强度为 4.2±1.5MPa，50ng/mL BMP2 组最高，为 6.1±1.0MPa，500ng/mL BMP2 组最低，为 2.6±0.1MPa。50 和 250ng/mL BMP2 组构建体的强度明显高于 100 和 500ng/mL 组，这说明不同 BMP2 浓度会影响构建体的抗压能力。
综合研究结果和讨论部分，这项研究具有重要意义。研究人员成功优化了 ADSCs 培养条件，制造出了性能优良的软骨构建体。虽然研究存在一些局限性，比如没有进行软骨诱导的基因表达分析，没有将 ADSCs 与其他组织来源的 MSCs 或人 MSCs 进行比较，对软骨构建体的评估时间可能过早等，但它依然为软骨组织工程的发展迈出了坚实的一步。未来，随着研究的深入，有望制造出更适合人体的软骨构建体，应用于临床治疗，帮助更多骨关节炎患者摆脱病痛的折磨，重新享受自由活动的快乐。
