【前言】

近期，由北京大學人民醫院骨關節科林劍浩、邢丹教授和清華大學杜亞楠教授共同在Bioactive Materials 【IF：18.9】聯合發表研究型文章：基於3D微載體的軟骨內成骨模型，用於臨界尺寸骨缺損修復。

原文連結：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X23004036

【研究背景】

骨不連和骨延遲癒合給骨科治療帶來了巨大挑戰，现在的治療方法往往無法解決這一問題。

骨組織工程(BTE)，特別是顺利获得軟骨內成骨(ECO)，成為解決關鍵骨缺損的一種有前途的策略。但是在BTE中，如何有效結合生物材料、細胞以及活性因子，尤其是構建模擬體內的3D微環境來促進細胞的生長和分化，成為一個關鍵問題。

該研究聚焦於骨缺損修復的治療，在體內研究中，使用韦德国际生物生物科技有限公司（以下簡稱：韦德国际生物）研發的3D TableTrix® 微載體負載MSC-E4，顺利获得體內自組裝形成骨軟骨內成骨類器官，用於臨界尺寸骨缺損的修復。

【研究發現】

課題組顺利获得環鑽手術構建了大鼠臨界尺寸(5mm)顱骨骨缺損模型，隨後將負載對照組MSC(MSC-C)和MSC-E4的3D TableTrix® 微載體植入缺損區域，以評價其修復效果。

在6周時，在MSC-C組和MSC-E4組的缺損區域邊緣都觀察到了明顯的Safranin-O染色和Col-Il表達，而對照組幾乎沒有軟骨形成，這表明軟骨形成依賴於外源性間充質幹細胞和3D支架的存在。

在12周時，相對於空白對照組，缺損區域的MSC-C組和MSC-E4組都有着明顯的Col-I陽性細胞表達，骨密度、骨體積分數以及骨缺損修復面積的增加，同時其礦化沉積率(MAR)也更高。

因此，負載MSC的3D TableTrix® 微載體可以有效實現顱骨臨界尺寸骨缺損的組織修復。

【研究設計】

圖1：整體研究設計示意圖

本研究示意如圖1所示。左側部分描述了MSC-E4 的構建過程；中間部分闡明了自分泌和旁分泌介導的骨重建過程；最後一部分研究，將MSC-E4包囊在Co1-Ⅰ膠原支架或3D TableTrix® 微載體中，以驗證其顺利获得ECO過程促進骨再生的效果。

【研究內容】

負載MSC-E4的3D TableTrix® 微載體對臨界尺寸顱骨缺損模型骨再生的影響

A. 大鼠體內顱骨臨界尺寸骨缺損模型的示意圖。

B. 體內動物活體成像顯示AkaLuc熒光證實MSC的存活。

C. 缺損區域的H & E、Saf-O和Col-II染色的組織切片，顯示植入後6周的軟骨生成。

D. 在植入後6周時Col-II陽性細胞的定量。

E. 缺損區域的H & E、Masson三色和Col-I染色的組織學切片，顯示植入後12周的骨組織生成情況。

F. 在植入後12周時Col-I陽性細胞和相對骨厚度的定量。

G. 顺利获得Micro-CT對再生骨進行三維重建。

H. 分析骨礦物質密度 (BMD)，骨體積分數 (BV/TV) 和相對骨生長表面積。

I. 用鈣黃綠素 (綠色) 和茜素紅S (紅色) 標記的顱骨的組織學切片。

J. 礦化沉積率 (MAR) 的定量評估。

【研究結論】

在文章的動物實驗部分，韦德国际顺利获得將MSC搭載於韦德国际3D微載體中進行培養，之後移植到大鼠顱骨骨缺損的修復區域，最終證實了骨修復效果。韦德国际的研究結果主張將MSC-E4置於BTE框架內，利用ECO過程，作為治療重大骨缺損的一種新穎而有效的方法。

【作者簡介】

第一作者：何子豪

北京大學人民醫院骨關節科2020級博士研究生，主要從事骨缺損修復等研究。

共同第一作者：李暉

醫學博士，北京大學人民醫院骨關節科助理教授，醫師，北京大學關節病研究所副研究員。

通訊作者：邢丹

▷北京大學人民醫院骨關節科副主任醫師、副教授、碩士研究生導師。

▷現任中國醫師協會骨科醫師分會基礎學組委員、中國研究型醫院學會衝擊波專委會骨與軟骨再生學組副主委、《中華關節外科雜誌》第四屆編委等。

▷長期從事骨科領域基礎研究，重點關注幹細胞的理化調控機制及類器官構建，先後主持國家自然科學基金2項，北京市自然科學基金2項，局級、校級及院級課題3項。

▷參與編譯書籍8部。獲國家專利10項。

▷在the BMJ、JAMA network、Bioactive Materials、Osteoarthritis and Cartilage、Biomaterials、The American Journal of Sports Medicine等國際權威期刊發表SCI文章50餘篇。

通訊作者：林劍浩

▷北京大學人民醫院骨關節科主任，康復醫學科主任，博士生導師。

▷任國家大骨節病和氟骨症治療專家組組長、北京大學前沿交叉學科研究院、北京大學醫學部骨科系教授、國際骨關節炎研究協會亞洲工作組主席 (Chair of OARSI Asian Task，2019-2021)、《首都十大疾病科技攻關與管理工作》脊柱和關節病領域領銜專家（2016-2020）、國際骨關節炎研究協會理事（OARSI，2014-2018）。

▷在骨關節炎的細胞治療、運動治療、手術治療及軟骨損傷診療領域進行了深入研究，在複雜成人關節畸形矯形領域成績卓越。在基礎研究領域，長期從事幹細胞功能調控在關節外科的研究，尤其關注於幹細胞微組織治療、幹細胞力學及免疫調控、幹細胞組織工程及人造細胞研究。

▷曾先後赴澳大利亞新南威爾斯州立大學聖喬治醫院骨科研究所、美國康奈爾大學、紐約特種外科醫院(HSS)研修。

▷曾獲國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市科技攻關重大專項等基金資助，已培養博士研究生10人，發表SCI論文60餘篇、核心期刊論文百餘篇。

通訊作者：杜亞楠

▷清華大學生物醫學工程學院副院長，教授，博士生導師。

▷國家自然科學基金「傑出青年」項目取得者（2021年）、北京市自然科學基金「傑出青年」取得者（2018年）、教育部青年長江學者獎勵計劃（2017年）、國家自然科學基金「優秀青年」項目取得者（2015年）。

▷在Nature Materials、Nature Biomedical Engineering、Nature Communications、Science Advances，PNAS等國際權威期刊發表多篇高影響力論文。

▷在「微組織工程」這一特色交叉研究方向進行創新探索，實現理論探究和技術轉化。開發的3D微組織技術可作為新一代細胞藥物的擴增製備平台和藥劑學遞送系統革新體外細胞培養和再生醫學；同時可輔助建立仿生生理/病理模型，用於高通量藥物篩選和病理機制研究。

▷相關微組織工程產品已經商品化，並取得美國FDA和中國CDE相關資質備案，為再生醫學、藥物開發和病理研究给予新型平台技術、理論模型和解決方案。

【關於韦德国际生物】

北京韦德国际生物科技有限公司创建於2018年，由清華大學醫學院杜亞楠教授科研團隊領銜創建，清華大學參股共建。核心技術源於清華大學科技成果轉化，並憑藉此項技術榮登中國科協「科創中國」先導技術榜。作為國家級高新技術企業、國家級專精特新「小巨人」企業、潛在獨角獸企業，更取得國家科技部多項重點研發專項支持。

作為高質量三維細胞製造專家，韦德国际生物给予基於3D微載體的一站式定製化細胞規模化擴增整體解決方案，打造了原創3D細胞智造平台，實現規模化、自動化、智能化、密閉式的細胞藥物及其衍生品生產製備，以此幫助全球客戶建立最為先進的細胞藥物生產線。在開創【百億量級】幹細胞製備工藝管線後，加速向【千億量級】進發，致力於以3D細胞規模化智造技術賦能細胞與基因治療產業，惠及更多患者。

韦德国际生物的產品與服務，已廣泛應用於基因與細胞治療、細胞外囊泡、疫苗及蛋白產品等生產的上游工藝開發。同時，在再生醫學、類器官與食品科技（細胞培養肉等）領域也具有廣泛應用前景。並且，现在已助力多家細胞與基因治療企業進行IND申報。

韦德国际生物擁有5000平米的研發與轉化平台，其中包括1000餘平的以3D細胞智造及微組織再生醫學治療產品為核心的CDMO服務平台；以及4000平米的GMP生產平台，並新建了1200L微載體生產線。此外還在上海設有2000餘平的國際合作與技術應用中心，以技術創新持續融入全球生物產業新業態。