《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：In vitro characterization and in vivo technical feasibility of biphasic GelMA/HAMA/hydroxyapatite cell-laden hydrogels for osteochondral regeneration: a pilot study in an ovine model
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背景：持久性骨软骨修复仍是未被满足的临床需求。微骨折（MF）与自体软骨细胞植入（ACI）适用于部分选定病灶，但难以稳定重现天然骨软骨组织的分区架构与生物力学。可注射光聚合水凝胶有望提供单步术中替代方案，但临床转化需具备与手术流程兼容的相特异性配方与操作协议。目
背景：持久性骨软骨修复仍是未被满足的临床需求。微骨折（MF）与自体软骨细胞植入（ACI）适用于部分选定病灶，但难以稳定重现天然骨软骨组织的分区架构与生物力学。可注射光聚合水凝胶有望提供单步术中替代方案，但临床转化需具备与手术流程兼容的相特异性配方与操作协议。目的：在体外开发与表征含或不含羟基磷灰石（HA）微粒的GelMA/HAMA水凝胶，负载羊华通胶间充质基质细胞（WJ-MSC）；并在羊临界尺寸骨软骨缺损中评估其序贯原位递送与可见光光聚合的技术可行性。方法：研究人员制备四种载细胞水凝胶（H1–H4），于21天内表征活力、稳定性及软骨/成骨分化潜能；依据分化轮廓选出软骨相H1与软骨下骨相H3，以双相植入物（IMB）形式在两只羊双侧临界尺寸缺损（7 mm ? × 10 mm 深度）中序贯层状光聚合，MF作为对照。于1.5与3个月采用国际软骨修复协会（ICRS）、磁共振软骨修复组织观察（MOCART 2.0）与改良O'Driscoll评分进行探索性评估。结果：所有配方均支持细胞活力且无显著差异；H1的II型胶原染色定性强于H2，H3自第7天起呈渐进性茜素红阳性而H4未出现。原位双相递送在无围手术期并发症下可行。探索性评估未显示IMB相对MF具有一致优势。结论：体外证据支持选用H1与H3分别作为候选软骨与软骨下骨配方。该试点研究证实序贯原位递送与光聚合GelMA/HAMA双相水凝胶在大型动物模型中的技术可行性，并为后续确证性研究提供初步描述性数据。
研究背景与问题提出
骨软骨单元由无血管关节软骨与高血管化软骨下骨构成，全层缺损自愈能力极弱。微骨折（MF，microfracture）虽为单步术式，但常形成纤维软骨修复组织，力学性质劣于天然透明软骨；自体软骨细胞植入（ACI，autologous chondrocyte implantation）可改善基质质量，却需两步操作并伴供区损伤与细胞去分化风险。现有策略难以在同一术式中同时满足软骨相与骨相的分区生物学与力学需求。因此，研究人员拟构建可注射、光聚合、相特异性的双相水凝胶系统，在大型动物模型中验证其原位操作可行性。
研究设计与技术方法
研究人员采用两阶段设计。体外阶段构建四种GelMA/HAMA基载细胞水凝胶（H1–H4），以羊华通胶来源间充质基质细胞（WJ-MSC，Wharton's jelly mesenchymal stromal cells）为种子细胞，通过活死染色、代谢活性检测、阿尔新蓝、II型/I型胶原免疫组化、茜素红与骨钙素染色评价活力、稳定性及分化倾向。体内阶段选取两只成年Ripollesa母羊，建立股骨髁临界尺寸骨软骨缺损（7 mm ? × 10 mm 深度），以微骨折为对照；采用手动注射器序贯注入软骨下层H3与软骨层H1，并以405 nm手持光源逐层光聚合，于1.5与3个月通过ICRS大体评分、7T磁共振MOCART 2.0评分及改良O'Driscoll组织学评分进行多模态探索性评估，辅以同步辐射微CT定性观察。
研究结果
3.1 水凝胶组成对WJ-MSC细胞兼容性与分化的影响
活死染色显示H1–H4中活细胞占主导，代谢活性无组间统计学差异。软骨向：H1与H2均沉积糖胺聚糖（GAG，glycosaminoglycan），H1的II型胶原（Col II）染色更持续更强，故选H1为软骨相。成骨向：H3自第7天起茜素红渐扩，骨钙素表达增强；H4无矿化信号，故选H3为软骨下骨相。构件质量7天内波动小于10%，结构稳定。
3.2 光聚合双相植入物在羊模型中的技术可行性
四例缺损均顺利完成序贯分层注射与光聚合，单缺损操作5–7分钟，术野充填完整、无气泡与聚合失败；围手术期无出血、感染或关节并发症，动物术后即刻负重，3周影像确认关节完整。
3.3 骨软骨修复定量评估：IMB与MF在1.5及3个月的表现
ICRS：MF始终高于IMB（3月7.0对5.9），增益来自缺损充填。MOCART 2.0：1.5月MF占优，3月IMB反超（47.5对41.3），得益于界面整合与软骨下改变。改良O'Driscoll：两组均仅轻度上升，3月MF略高（23.0对21.3），组织形态最高仅达纤维软骨，未获透明软骨表型。三种评分归一化后排序不一致，反映各模态捕获维度不同。
讨论与结论翻译
讨论指出，本研究核心贡献不是证明IMB优于MF，而是建立可转化手术工作流：相特异性GelMA/HAMA配方、WJ-MSC负载、原位分层光聚合在大型动物中可重复实施。双相设计通过共享聚合物骨架降低界面失配，HA微粒提供矿化与成骨信号。评分差异提示需更大样本与多模态联合评价。
结论：体外证据支持H1与H3分别作为软骨与软骨下骨候选配方；该试点研究证实序贯原位递送与可见光光聚合GelMA/HAMA双相载WJ-MSC水凝胶在羊临界尺寸缺损中的技术可行性，并为设计充分把握度的确证性研究提供初步描述性依据。
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