沃顿胶源脱细胞支架促进软骨再生并抑制血管生成的机制研究

本研究针对关节软骨自我修复能力差、临床治疗困难的挑战，创新性地采用沃顿胶（Wharton's jelly, WJ）通过两种脱细胞方法（TFT-dWJ/NFT-dWJ）构建支架材料。结果表明，NFT-dWJ支架能更好保留细胞外基质（ECM）成分，显著促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）成软骨分化，并在大鼠模型中有效修复软骨缺损。尤为重要的是，该支架展现出抑制人脐静脉内皮细胞（HUVECs）血管生成的能力，为维持软骨无血管特性提供了新策略。相关成果发表于《Materials Today Bio》，为软骨组织工程提供了优化方案。

　　

关节软骨损伤是临床常见难题，由于其无血管（avascular）和低细胞密度的特性，自我修复能力极差。若不及时干预，可能发展为骨关节炎（osteoarthritis）。传统治疗方法效果有限，而组织工程技术中，支架材料的优化是关键瓶颈。现有脱细胞支架常面临细胞外基质（ECM）保留不足、机械性能差等问题，且缺乏对软骨无血管特性的保护机制。

针对这一系列挑战，中南大学湘雅医院的研究团队创新性地选择人脐带沃顿胶（Wharton's jelly, WJ）作为原料，通过两种脱细胞方法——胰蛋白酶联合冻融循环（TFT-dWJ）和核酸酶联合冻融循环（NFT-dWJ）制备支架，系统比较了其理化特性与生物学功能。研究发现，NFT-dWJ支架能更完整保留胶原（collagen）和糖胺聚糖（GAGs），其杨氏模量（73.21 kPa）更接近天然软骨，且显著促进BMSCs表达SOX9、COL2A1等软骨标志基因。动物实验显示，NFT-dWJ组修复组织的国际软骨修复学会（ICRS）评分最高，微CT证实其能促进软骨下骨小梁重建。突破性发现是，该支架可下调HUVECs中VEGF、CD31等血管生成相关基因，抑制毛细血管样结构形成。这项发表于《Materials Today Bio》的研究，为兼具促再生和抗血管化功能的软骨修复材料开发提供了新思路。

关键技术包括：1）采用液氮冻融结合Triton X-100/核酸酶的阶梯式脱细胞工艺；2）通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）定量分析胶原与GAGs保留率；3）建立SD大鼠股骨软骨缺损模型评估修复效果；4）Transwell和基质胶（Matrigel）实验检测血管抑制能力。

3.1 支架表征结果
NFT-dWJ支架孔径（133.76 μm）和孔隙率（84.53%）适中，其胶原保留量比TFT-dWJ高32%（P<0.05）。机械测试显示其杨氏模量达TFT-dWJ的2.3倍，更接近天然软骨的力学范围（20-6440 kPa）。

3.3 体外成软骨效应
NFT-dWJ组COL2A1基因表达量在第21天达对照组的8.6倍（P<0.001），而纤维化标志物COL1A1表达降低67%。组织学显示BMSCs在支架内形成典型的软骨陷窝结构。

3.4 体内修复效果
术后12周，NFT-dWJ组ICRS宏观评分较对照组提高3.2倍（P<0.001）。组织切片显示修复组织与原生软骨整合良好，软骨下骨小梁数量（Tb.N）增加47%。

3.5 抗血管化机制
NFT-dWJ使HUVECs的VEGF表达降低82%，毛细血管样结构总数减少91%（vs 10% GelMA组）。Ang-1和eNOS等血管稳态调控因子同步下调。

这项研究首次揭示沃顿胶脱细胞支架的双重功能：既通过保留TGF-β、IGFBP等天然生长因子促进软骨再生，又通过未知机制（需进一步研究）抑制血管侵入。NFT-dWJ的阶梯式脱细胞方案为平衡细胞清除与ECM保护提供了范本，其临床转化将尤其适用于需长期维持无血管环境的关节软骨修复。未来可结合单细胞测序等技术深入解析其分子机制。