软骨细胞去分化过程中细胞外基质的时序性动态变化及其在软骨修复中的应用

本研究针对软骨损伤修复中ECM（细胞外基质）来源的不确定性，通过系统分析软骨细胞去分化过程中ECM的时序性变化，揭示了去分化不同阶段dCS（脱细胞软骨细胞片）的力学特性、蛋白组成及促软骨再生能力的差异。研究发现早期dCS（含高Collagen II）显著促进BMSCs（骨髓间充质干细胞）迁移、增殖及软骨分化，而补充Fmod可逆转晚期dCS的功能缺陷，为开发时序适配性软骨修复材料提供了理论依据。

　　

研究背景与意义
软骨损伤是全球性健康难题，每年影响超百万患者，且易进展为骨关节炎。由于软骨无血管、神经分布，自我修复能力极差，现有临床技术（如微骨折手术、自体软骨移植）仅能缓解症状，无法实现真正再生。脱细胞ECM技术为软骨修复带来新希望，但软骨细胞体外培养时易发生去分化（表现为Col II下降、Col I上升），导致ECM成分不可控，严重制约其临床应用。

上海交通大学医学院附属第六人民医院团队在《Biomaterials Advances》发表研究，首次系统绘制了软骨细胞去分化的时序图谱，并创新性提出“时序适配性dCS”概念：通过分析不同去分化阶段（原代mP0至传代mP8）软骨细胞的形态、核变形及ECM动态变化，制备系列dCS材料，结合多模态分析（力学测试、蛋白组学、细胞功能实验）阐明其修复机制。

关键技术方法
研究采用4日龄C57BL/6小鼠膝关节软骨分离原代软骨细胞，建立传代模型（P0-P8）模拟去分化进程；通过冷冻干燥法制备不同阶段dCS；利用原子力显微镜分析力学性能，LC-MS/MS进行蛋白组学检测；通过Transwell和Alcian blue染色评估dCS对BMSCs迁移及软骨分化的影响；补充Fmod验证功能调控靶点。

研究结果

1. 软骨细胞去分化过程的特征性改变
• 形态学：原代细胞（mP0）呈圆形/多边形，传代后（mP4/mP8）变为变形虫样，伴随核变形（图1A）。
• 分子标志物：Col II在mP2达峰后下降，Col I随时间递增；纤维方向随机性降低与极限抗拉强度呈正相关。

2. dCS的时序性功能差异
• 早期dCS（mP2来源）：高Col II含量显著促进BMSCs迁移、增殖及软骨分化（Alcian blue染色增强）。
• 晚期dCS（mP8来源）：促再生能力减弱，但补充Fmod可上调其生物调控活性，逆转去分化负面影响。

3. 力学-生物学关联
蛋白组学揭示dCS的Col纤维排列规律性与力学强度直接相关，早期dCS的3D结构更利于细胞粘附与信号传导。

结论与展望
该研究首次建立软骨细胞去分化的时序理论图谱，证实dCS的修复效能与其制备时点密切相关：早期dCS因保留Col II和天然纤维结构而具有最优性能，而Fmod是调控晚期dCS功能的关键靶点。这一发现不仅完善了ECM动态演变理论，更为开发“阶段特异性”软骨修复材料提供了精准设计策略。未来可通过工程化修饰Fmod表达或优化细胞传代工艺，进一步提升ECM产品的临床转化价值。