【前言】

關節軟骨損傷的有效修復一直是骨科臨床亟待解決的難題。隨着組織工程技術的發展，關節軟骨修復技術中微組織的應用逐漸發揮着重要的作用，將微組織組裝成理想的結構，植入後可以建立細胞連接和有效的物質交換，有利於細胞增殖、分化和功能表型的維持。為模擬軟骨特異性基質，脫細胞軟骨構建軟骨源性微組織可以支持間充質幹細胞的軟骨發生，並且能夠為種子細胞提供早期的修復微環境及適當的力學性能，是微組織中具有潛力的來源之一。

圖1.細胞貼附在3D TableTrix® 微載體上進行三維培養

與傳統二維微組織培養相比，三維微組織培養表現出更大的優勢。二維環境中培養忽略了微組織中細胞與細胞、細胞與基質間的相互作用，獲取時需要物理分離貼壁層從而產生了不必要的機械損傷。而在三維培養過程中，可以更好地模擬組織樣微環境並維持間充質幹細胞的潛能，微組織內氧氣和營養流動增加，細胞 - 細胞和細胞 - 基質相互作用增加，這對軟骨的形成和再生至關重要，因此探索更有利於促進微組織軟骨形成的三維培養方式對改進微組織培養策略及提高修復效果有重要意義。

原文連結：http://www.cjter.com/CN/10.12307/2024.191

【Part1 研究背景】

目前的研究中，三維培養方式主要包括複合聚合物支架培養、微球靜態培養、生物反應器動態培養等方式，其中微球靜態培養可獲取高密度的細胞聚集體，對於軟骨再生髮揮重要作用，而生物反應器動態培養中攪拌旋轉式生物反應器是最具成本效益的生物處理系統之一，它可以有效增加營養供應並稀釋代謝物，已顯示出細胞增殖和細胞外基質合成速率的增加。

圖2.基於3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反應器三維動態培養效果

該研究將利用軟骨源性微載體負載人源脂肪間充質幹細胞構建軟骨源性微組織，對比微球靜態培養、3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反應器（攪拌旋轉式）動態培養方式對軟骨形成的影響，以尋求一種有希望的方法進一步改善微組織修復效果。

【Part2 研究設計】

圖3.整體研究設計圖

通過化學脫細胞方法和組織粉碎方法製備軟骨源性微載體，對微載體進行一系列表徵；通過三維靜態培養法和3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反應器三維動態培養法，將軟骨源性微載體與人脂肪間充質幹細胞結合構建軟骨源性微組織，利用掃描電子顯微鏡、活死染色、RT-qPCR等手段檢測兩組微組織的細胞活力及成軟骨能力。

【Part3 研究內容】

在實驗前期製備了軟骨源性微載體的基礎上，進行軟骨微組織的三維動靜態培養方式比較。

圖4.三維動靜態培養軟骨源性微組織的光鏡及掃描電子顯微鏡照片

▲ 圖 A 為光鏡下兩組微組織的表觀形貌，三維靜態組微組織聚合成球，表面細胞包裹；三維動態組微組織間相互聚合。B 為掃描電鏡下兩組微組織的微觀形貌，三維靜態微組織表面細胞緊密貼附，形態不明顯；三維動態微組織表面可見細胞形態舒展，細胞與細胞和基質間廣泛連接； 紅色箭頭表示細胞與細胞間連接，藍色箭頭表示細胞與基質間連接。

圖5.三維動靜態培養軟骨源性微組織1d、3d、5 d 活死染色

▲ 隨時間增加，三維靜態微組織表面細胞數量明顯增加，形態不能辨認；三維動態微組織在培養 1 d 時即表現細胞與基質間建立連接，培養 3d、5d時微組織與微組織間連接融合；標尺=100μm；紅色圓圈表示微組織中，部分微載體的位置，微載體提供基質支持；橙色箭頭表示細胞與基質間建立連接。

圖6.三維動靜態培養軟骨源性微組織成軟骨分化後軟骨形成相關基因的mRNA相對表達

▲ SMT 為三維靜態微組織，DMT 為三維動態微組織。

【Part4 研究結論】

本研究中3D FloTrix® microSPIN 6通道攪拌旋轉式生物反應器三維動態培養的軟骨源性微組織，相比於三維靜態培養具有更好的細胞活性，操作簡單且促進軟骨形成能力更好。在機械和生物效能兩個維度提供了更適宜軟骨再生的微環境，有望為實驗及臨床研究構建微組織提供更有效的方式，為深入研究修復軟骨損傷的微組織奠定基礎。

【Part5 研究應用材料及設備】

3D TableTrix® 微載體

3D FloTrix® microSPIN6通道微型生物反應器

【作者介紹】

第一作者：劉偉，山東第一醫科大學 ( 山東省醫學科學院 )與解放軍總醫院聯合培養碩士，主要從事軟骨損傷和組織工程修復研究。

通訊作者：亓建洪，博士，教授，山東第一醫科大學 ( 山東省醫學科學院 ) 運動醫學與康復學院。

共同通訊作者：彭江，博士，研究員，解放軍總醫院第四醫學中心骨科醫學部研究所。

【關於韦德国际】

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