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关节骨软骨损伤修复困难，现有方法不佳。研究人员开展 II 型胶原基双层支架修复关节骨软骨缺损研究，发现该支架可实现透明软骨和血管化软骨下骨再生。为骨软骨损伤治疗提供新策略，意义重大。
在人体的关节中，骨软骨就像一层精密的 “防护垫”，保护着关节的正常运转。然而，当关节骨软骨受到损伤时，麻烦就接踵而至。关节骨软骨损伤常发生在膝关节和踝关节，若不及时或妥善治疗，会引发疾病进展、慢性疼痛、功能障碍，甚至诱发骨关节炎、骨囊肿等疾病。目前，针对关节骨软骨损伤的治疗面临诸多挑战。关节软骨层缺乏血管和神经，且软骨细胞自我再生能力弱，修复时易出现纤维化和肥大问题，现有临床治疗方法如微骨折、基质辅助自体软骨细胞植入（MACI）等，只能获得纤维软骨或肥大软骨，无法实现透明软骨的有效修复。而在软骨下骨层的修复中，常用的基于膜内成骨（IMO）原理的支架往往缺乏血管供应，导致植入物核心坏死。
为了解决这些难题，香港城市大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们受到发育生物学中软骨内骨化（ECO）过程的启发，开发了一种 II 型胶原基双层支架（Col II & Dopa - Col II），上层为 II 型胶原，下层为聚多巴胺涂层的 II 型胶原。研究结果表明，这种双层支架能够实现透明软骨和血管化软骨下骨的再生，为关节骨软骨损伤的治疗带来了新的希望。该研究成果发表在《Bioactive Materials》杂志上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是支架制备技术，通过组织工程手段制备 II 型胶原基支架（Col II），并采用特定方法在其表面涂覆聚多巴胺得到 Dopa - Col II。其次，利用扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱等多种材料表征技术，对支架的表面形态、成分等进行分析。再者，通过动物实验，建立大鼠关节骨软骨缺损模型，植入支架进行修复研究。同时，运用免疫荧光、组织学和免疫组化染色、生物化学和力学测试、Micro - CT 扫描等技术，评估修复和再生效果。此外，借助 RNA 测序、蛋白质组学等技术探究修复和再生机制。
研究结果
- 支架表征：SEM 显示 Dopa - Col II 表面粗糙但仍保持多孔结构，拉曼光谱证明聚多巴胺成功涂层，水接触角测试表明 Dopa - Col II 亲水性增加。Dopa - Col II 支架孔隙率降低、孔径减小，压缩模量增大，且在不同 pH 值的 PBS 中稳定。细胞实验显示，两种支架生物相容性良好，Dopa - Col II 上的细胞活力更强。
- 修复和再生效果
- 炎症阶段：在骨层，Dopa - Col II 支架比 Col II 支架有更快速的炎症反应和骨生成能力，神经和血管信号更明显，而软骨层未见血管和神经侵入。
- 增殖阶段：50 天时，Dopa - Col II 和 Col II & Dopa - Col II 组骨层修复效果相似，优于 Col II 组；Dopa - Col II 组软骨层 GAGs 沉积更高，但所有组均未实现透明软骨修复。
- 重塑阶段：100 天时，Dopa - Col II 和 Col II & Dopa - Col II 组骨修复效果较好，150 天时，Col II 和 Col II & Dopa - Col II 组骨修复效果更优；100 天时，各支架组软骨层生化指标无显著差异，但 Col II 组力学性能稍逊；Sirius Red 染色显示，Col II 和 Col II & Dopa - Col II 组胶原纤维定向分布逐渐趋于正常。
- 支架降解 - 修复平衡：Col II 支架在骨层降解与骨修复失衡，Dopa - Col II 支架在骨层和软骨层均实现较好的降解 - 修复平衡，Col II & Dopa - Col II 双层支架性能更优。
- 修复和再生机制
- 转录组学：GO 分析和 GSEA 通路分析表明，Dopa - Col II 作为软骨层修复材料，上调甲状旁腺激素合成、分泌和作用途径、轴突导向途径等；作为骨层修复材料，上调钙信号通路、甲状腺激素信号通路等。
- 蛋白质组学：在软骨层，Dopa - Col II 与 Col II 的差异蛋白富集在多巴胺受体信号通路等；在骨层，富集在负调控骨矿化等。GSEA 通路分析显示，Dopa - Col II 在软骨层上调甲状旁腺激素合成、分泌和作用途径，在骨层上调甲状腺激素信号通路、VEGF 信号通路等。
- 机制验证：qRT - PCR 验证了聚多巴胺可调节软骨细胞增殖、肥大和 ECO；体外实验表明，Dopa - Col II 支架促进软骨细胞肥大和血管化，体内实验进一步证实其通过调节 ECO 相关通路实现骨修复。
研究结论与讨论
该研究证明 Col II & Dopa - Col II 双层支架对关节骨软骨修复和再生效果理想。聚多巴胺涂层改善了 Col II 的亲水性，有利于细胞黏附和生长，Col II 支架能维持软骨细胞表型，实现透明软骨再生。而 Dopa - Col II 支架通过上调软骨内骨化相关通路和血管、神经相关通路，实现了血管化软骨下骨的再生。不过，该研究也存在一些局限性，如 ECO 的细胞来源尚不明确，在临界骨缺损模型中的效果有待验证，现有双层支架的应用受限于不规则缺损几何形状等。尽管如此，该研究为关节骨软骨损伤的治疗提供了新的思路和方法，具有重要的临床意义，有望推动相关领域的进一步发展，为广大患者带来新的治疗希望。
