基于重组人毛发角蛋白的无细胞3D打印软骨骨支架实现软骨骨缺损同步再生

《Journal of Nanobiotechnology》：3D-printed recombinant keratin-based dual-function biphasic scaffold for the treatment of osteochondral defects

　　

摘要

软骨骨缺损（OCDs）的修复面临巨大挑战，原因在于软骨与软骨下骨在结构和再生能力上的显著差异。为实现软骨与骨的同步再生，我们基于重组人毛发角蛋白，结合光交联与3D打印技术，构建了无细胞软骨骨支架RK-C@GelMA。通过对17种重组角蛋白（RK）变体进行筛选，发现RK81具有最强的成骨活性，RK84具有最强的成软骨活性。将这些变体分别负载于骨相和软骨相中，以诱导骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨和成软骨分化。体外实验表明，RK81@GelMA通过激活IL-17/MAPK信号通路，显著上调了成骨相关基因和蛋白的表达；而RK84@GelMA通过激活PI3K/Akt/mTOR通路，显著增加了成软骨相关标志物的表达。在大鼠OCD模型中，RK-C@GelMA支架促进了软骨与软骨下骨的协调再生，恢复了缺损区域的微结构完整性，改善了步态功能，且未检测到系统性毒性。与传统生长因子负载支架不同，RK-C@GelMA兼具组织特异性诱导能力、适中的力学性能以及优异的生物安全性，为软骨骨界面再生提供了一种有前景的策略，在OCD的临床治疗中具有转化潜力。

图形摘要

软骨骨缺损（OCDs）的修复面临巨大挑战，原因在于软骨与软骨下骨在结构和再生能力上的显著差异。为实现软骨与骨的同步再生，我们基于重组人毛发角蛋白，结合光交联与3D打印技术，构建了无细胞软骨骨支架RK-C@GelMA。通过对17种重组角蛋白（RK）变体进行筛选，发现RK81具有最强的成骨活性，RK84具有最强的成软骨活性。将这些变体分别负载于骨相和软骨相中，以诱导骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨和成软骨分化。体外实验表明，RK81@GelMA通过激活IL-17/MAPK信号通路，显著上调了成骨相关基因和蛋白的表达；而RK84@GelMA通过激活PI3K/Akt/mTOR通路，显著增加了成软骨相关标志物的表达。在大鼠OCD模型中，RK-C@GelMA支架促进了软骨与软骨下骨的协调再生，恢复了缺损区域的微结构完整性，改善了步态功能，且未检测到系统性毒性。与传统生长因子负载支架不同，RK-C@GelMA兼具组织特异性诱导能力、适中的力学性能以及优异的生物安全性，为软骨骨界面再生提供了一种有前景的策略，在OCD的临床治疗中具有转化潜力。

图形摘要