基于软骨细胞外基质微载体的功能性软骨类器官构建及其通过免疫调控促进关节软骨再生的研究

本研究针对关节软骨损伤修复难题，创新性地利用脱细胞软骨基质微载体（CEMMs）构建功能性软骨类器官（CORGs）。通过结合人脐带间充质干细胞（hUCMSCs）与关节软骨细胞（hACs）共培养体系，证实CORGs具有促进M2型巨噬细胞极化、模拟软骨发育基因表达轨迹及分泌胶原/GAGs的能力。动物实验显示其可有效修复SD大鼠膝关节软骨缺损，为软骨组织工程提供了新型免疫调控策略。

　　

关节软骨损伤是临床常见的棘手问题，由于软骨组织缺乏血管和神经支配，自我修复能力极其有限。传统治疗方法如微骨折手术、自体软骨移植等存在供体有限、纤维软骨化等缺陷。近年来，软骨类器官（CORGs）技术为再生医学带来新希望，但现有构建方法面临支架仿生性不足、免疫排斥及终末分化肥大化等挑战。

针对这些问题，中国人民解放军总医院骨科团队在《Journal of Orthopaedic Translation》发表研究，创新性地利用猪源软骨脱细胞基质（dECM）制备微载体（CEMMs），通过旋转生物反应器系统构建功能性CORGs。研究采用跨学科技术组合：通过组织学染色和DNA定量验证CEMMs脱细胞效果；采用划痕实验和Transwell评估干细胞迁移能力；利用qRT-PCR和转录组测序分析CORGs发育过程中的基因表达特征；通过免疫缺陷小鼠皮下植入和SD大鼠膝关节缺损模型验证体内成软骨能力及免疫调节功能。

3.1 CEMMs的特性表征
成功制备直径210.4±56.89 μm的CEMMs，扫描电镜显示其表面具有交织的胶原纤维网络。DAPI染色证实脱细胞彻底，DNA残留量显著低于天然软骨（p<0.0001）。功能实验表明CEMMs可促进hUCMSCs增殖（CCK-8显示第5天OD值提升）和迁移（Transwell迁移细胞数增加2.3倍），并能诱导巨噬细胞向修复型M2表型极化（CD206⁺
细胞比例提升至67%）。

3.3 基于CEMMs的3D培养体系
将hUCMSCs与hACs以3:1比例接种于CEMMs，21天诱导后形成直径约1mm的CORGs。qRT-PCR显示SOX9和COLIIA1表达随时间递增，而肥大化标志物RUNX2和MMP13在21天显著上调（p<0.01）。分泌功能检测发现14天CORGs的GAGs含量达峰值（12.8 μg/mg），较第0天增长4.7倍。

3.4 转录组发育轨迹分析
RNA-seq揭示CORGs基因表达遵循"中胚层-软骨形成"发育路径：早期（0-7天）富集TGF-β通路，中期（7-14天）激活PI3K-Akt和Hippo通路，晚期（14-21天）出现Wnt通路介导的肥大化转变。这一发现为控制类器官终末分化提供了分子靶点。

3.6 体内修复效能验证
在SD大鼠模型中，CORGs植入7天后即诱导关节腔CD206⁺
M2型巨噬细胞比例上升至54%。术后12周Micro-CT显示缺损区骨体积分数（BV/TV）恢复至 sham组的82%，组织学评分显著优于对照组（Modified O'Driscoll评分提高2.4倍）。值得注意的是，免疫荧光证实新生软骨中同时存在人源（HuNu⁺
）和大鼠源细胞，提示CORGs具有招募内源干细胞协同修复的能力。

该研究首次将dECM微载体与类器官技术相结合，突破性地实现了三大功能整合：支架的仿生微环境构建、免疫微环境调控及发育轨迹精准模拟。特别值得关注的是，CEMMs通过保留天然ECM中的生物活性成分（如胶原VI和糖胺聚糖），既能避免合成材料的免疫原性问题，又能提供力学支持和细胞信号引导。团队采用的"旋转生物反应器-悬滴培养"序贯诱导策略，有效解决了传统静态培养中细胞分布不均的难题。

从转化医学角度看，虽然猪源dECM存在α-gal抗原潜在风险，但研究为后续基因编辑动物基质材料的开发奠定了方法学基础。未来通过CRISPR-Cas9敲除GGTA1基因（编码α-1,3-半乳糖转移酶），可进一步提升材料的临床适用性。该成果不仅为软骨缺损提供新型治疗策略，其"材料-细胞-免疫"协同调控理念对其它组织类器官构建具有重要借鉴意义。