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  2019年4月10日，北京大學第三醫(yī)院運動醫(yī)學研究所江東副教授和余家闊教授在轉(zhuǎn)化醫(yī)學國際頂級期刊、Science子刊《科學-轉(zhuǎn)化醫(yī)學》（Science Translational Medicine，IF=16.710）在線發(fā)表了題為“Orchestrated biomechanical, structural, and biochemical stimuli for engineering anisotropic meniscus”（生物力學、結(jié)構(gòu)及生化刺激的協(xié)同作用構(gòu)建異質(zhì)性組織工程半月板）的研究成果。

  半月板是膝關(guān)節(jié)內(nèi)的纖維軟骨結(jié)構(gòu)，具有重要的緩沖和保護軟骨作用。半月板撕裂后難以自愈，無論是撕裂本身，還是磨損碎裂或手術(shù)部分切除和全切除，都會導致脛骨和股骨之間的接觸應力增大，明顯增加膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生的風險。

  應用半月板假體（包括膠原半月板CMI）治療半月板部分切除和全切除后的功能和結(jié)構(gòu)的重建，經(jīng)證明無法達到預期效果。同種異體半月板移植物的來源有限，遠期效果不確切。因此，為解決半月板缺失后的功能和結(jié)構(gòu)重建，人們對組織工程半月板（TEM）寄予厚望。

  基于半月板所處的股骨和脛骨之間的運動環(huán)境和牽拉擠壓力學環(huán)境的特殊性，體外培育的TEM存在強度不足、結(jié)構(gòu)不仿生等劣勢，導致其植入后轉(zhuǎn)歸較差。構(gòu)建具有足夠力學強度和天然半月板異質(zhì)性結(jié)構(gòu)的TEM是半月板研究領(lǐng)域亟待解決的難題。

異質(zhì)性組織工程半月板構(gòu)建原理圖

  課題組以聚己內(nèi)酯（PCL）作為基質(zhì)材料，使用3D打印技術(shù)制備了TEM支架（提供結(jié)構(gòu)調(diào)控），與骨髓間充質(zhì)干細胞（MSCs）復合后構(gòu)建MSCs-PCL支架復合體；采用自主研發(fā)的可控動態(tài)應力加壓裝置模擬體內(nèi)半月板受力情況，協(xié)同和增強細胞因子CTGF/TGF-β3對細胞-支架復合體上間充質(zhì)干細胞的增殖分化作用（提供力學和化學調(diào)控），經(jīng)三種因素聯(lián)合調(diào)控培養(yǎng)四周后初步實現(xiàn)了干細胞的體外區(qū)域性誘導分化。植入動物體內(nèi)24周后，再生半月板接近正常半月板的異質(zhì)性結(jié)構(gòu)和力學強度，有效預防了半月板切除后的關(guān)節(jié)軟骨退變。

TEM植入24周后實現(xiàn)異質(zhì)性半月板再生

  這項研究提出了一種新穎的異質(zhì)性組織構(gòu)建模式，利用支架結(jié)構(gòu)、力學和生長因子微環(huán)境的協(xié)同作用，調(diào)控干細胞在支架不同部位的差異性分化，從而實現(xiàn)異質(zhì)性組織工程半月板的構(gòu)建和對關(guān)節(jié)軟骨的保護，為其臨床轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。

課題組25年來在診斷和治療半月板損傷方面的其它工作

  該研究由余家闊課題組、北京航空航天大學生物與醫(yī)學工程學院趙峰課題組、北航大數(shù)據(jù)精準醫(yī)療高精尖創(chuàng)新中心王曉剛課題組、中國科學院化學研究所高分子物理與化學國家重點實驗室楊飛課題組、哈佛大學醫(yī)學院布萊根婦女醫(yī)院納米工程與藥物遞送實驗室施進軍課題組及北大生物醫(yī)學工程系葛子鋼課題組合作完成。北醫(yī)三院張正政博士、陳有榮博士、王少杰博士及北航趙峰副教授為該論文的并列第一作者；北醫(yī)三院江東副教授、余家闊教授為該論文的通訊作者。

  這項研究成果的取得體現(xiàn)了醫(yī)工結(jié)合、醫(yī)化結(jié)合、學科交叉合作的優(yōu)勢。該研究得到國家自然科學基金重點項目、面上項目、青年基金及國家高技術(shù)研發(fā)計劃(863計劃)、廣東省自然科學基金等項目資助。   

  文章鏈接地址：https://stm.sciencemag.org/content/11/487/eaao0750

  DOI: 10.1126/scitranslmed.aao0750