【前言】

近日，由北京大学人民医院骨关节科林剑浩、邢丹教授和清华大学杜亚楠教授共同在Bioactive Materials 【IF：18.9】联合发表研究型文章：基于3D微载体的软骨内成骨模型，用于临界尺寸骨缺损修复。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X23004036

【研究背景】

骨不连和骨延迟愈合给骨科治疗带来了巨大挑战，目前的治疗方法往往无法解决这一问题。

骨组织工程(BTE)，特别是通过软骨内成骨(ECO)，成为解决关键骨缺损的一种有前途的策略。但是在BTE中，如何有效结合生物材料、细胞以及活性因子，尤其是构建模拟体内的3D微环境来促进细胞的生长和分化，成为一个关键问题。

该研究聚焦于骨缺损修复的治疗，在体内研究中，使用澳门新莆京游戏大厅生物科技有限公司（以下简称：澳门新莆京游戏大厅）研发的3D TableTrix® 微载体负载MSC-E4，通过体内自组装形成骨软骨内成骨类器官，用于临界尺寸骨缺损的修复。

【研究发现】

课题组通过环钻手术构建了大鼠临界尺寸(5mm)颅骨骨缺损模型，随后将负载对照组MSC(MSC-C)和MSC-E4的3D TableTrix® 微载体植入缺损区域，以评价其修复效果。

在6周时，在MSC-C组和MSC-E4组的缺损区域边缘都观察到了明显的Safranin-O染色和Col-Il表达，而对照组几乎没有软骨形成，这表明软骨形成依赖于外源性间充质干细胞和3D支架的存在。

在12周时，相对于空白对照组，缺损区域的MSC-C组和MSC-E4组都有着明显的Col-I阳性细胞表达，骨密度、骨体积分数以及骨缺损修复面积的增加，同时其矿化沉积率(MAR)也更高。

因此，负载MSC的3D TableTrix® 微载体可以有效实现颅骨临界尺寸骨缺损的组织修复。

【研究设计】

图1：整体研究设计示意图

本研究示意如图1所示。左侧部分描述了MSC-E4 的构建过程；中间部分阐明了自分泌和旁分泌介导的骨重建过程；最后一部分研究，将MSC-E4包囊在Co1-Ⅰ胶原支架或3D TableTrix® 微载体中，以验证其通过ECO过程促进骨再生的效果。

【研究内容】

负载MSC-E4的3D TableTrix® 微载体对临界尺寸颅骨缺损模型骨再生的影响

A. 大鼠体内颅骨临界尺寸骨缺损模型的示意图。

B. 体内动物活体成像显示AkaLuc荧光证实MSC的存活。

C. 缺损区域的H & E、Saf-O和Col-II染色的组织切片，显示植入后6周的软骨生成。

D. 在植入后6周时Col-II阳性细胞的定量。

E. 缺损区域的H & E、Masson三色和Col-I染色的组织学切片，显示植入后12周的骨组织生成情况。

F. 在植入后12周时Col-I阳性细胞和相对骨厚度的定量。

G. 通过Micro-CT对再生骨进行三维重建。

H. 分析骨矿物质密度 (BMD)，骨体积分数 (BV/TV) 和相对骨生长表面积。

I. 用钙黄绿素 (绿色) 和茜素红S (红色) 标记的颅骨的组织学切片。

J. 矿化沉积率 (MAR) 的定量评估。

【研究结论】

在文章的动物实验部分，我们通过将MSC搭载于澳门新莆京游戏大厅3D微载体中进行培养，之后移植到大鼠颅骨骨缺损的修复区域，最终证实了骨修复效果。我们的研究结果主张将MSC-E4置于BTE框架内，利用ECO过程，作为治疗重大骨缺损的一种新颖而有效的方法。

【作者简介】

第一作者：何子豪

北京大学人民医院骨关节科2020级博士研究生，主要从事骨缺损修复等研究。

共同第一作者：李晖

医学博士，北京大学人民医院骨关节科助理教授，医师，北京大学关节病研究所副研究员。

通讯作者：邢丹

▷北京大学人民医院骨关节科副主任医师、副教授、硕士研究生导师。

▷现任中国医师协会骨科医师分会基础学组委员、中国研究型医院学会冲击波专委会骨与软骨再生学组副主委、《中华关节外科杂志》第四届编委等。

▷长期从事骨科领域基础研究，重点关注干细胞的理化调控机制及类器官构建，先后主持国家自然科学基金2项，北京市自然科学基金2项，局级、校级及院级课题3项。

▷参与编译书籍8部。获国家专利10项。

▷在the BMJ、JAMA network、Bioactive Materials、Osteoarthritis and Cartilage、Biomaterials、The American Journal of Sports Medicine等国际权威期刊发表SCI文章50余篇。

通讯作者：林剑浩

▷北京大学人民医院骨关节科主任，康复医学科主任，博士生导师。

▷任国家大骨节病和氟骨症治疗专家组组长、北京大学前沿交叉学科研究院、北京大学医学部骨科系教授、国际骨关节炎研究协会亚洲工作组主席 (Chair of OARSI Asian Task，2019-2021)、《首都十大疾病科技攻关与管理工作》脊柱和关节病领域领衔专家（2016-2020）、国际骨关节炎研究协会理事（OARSI，2014-2018）。

▷在骨关节炎的细胞治疗、运动治疗、手术治疗及软骨损伤诊疗领域进行了深入研究，在复杂成人关节畸形矫形领域成绩卓越。在基础研究领域，长期从事干细胞功能调控在关节外科的研究，尤其关注于干细胞微组织治疗、干细胞力学及免疫调控、干细胞组织工程及人造细胞研究。

▷曾先后赴澳大利亚新南威尔斯州立大学圣乔治医院骨科研究所、美国康奈尔大学、纽约特种外科医院(HSS)研修。

▷曾获国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技攻关重大专项等基金资助，已培养博士研究生10人，发表SCI论文60余篇、核心期刊论文百余篇。

通讯作者：杜亚楠

▷清华大学生物医学工程学院副院长，教授，博士生导师。

▷国家自然科学基金“杰出青年”项目获得者（2021年）、北京市自然科学基金“杰出青年”获得者（2018年）、教育部青年长江学者奖励计划（2017年）、国家自然科学基金“优秀青年”项目获得者（2015年）。

▷在Nature Materials、Nature Biomedical Engineering、Nature Communications、Science Advances，PNAS等国际权威期刊发表多篇高影响力论文。

▷在“微组织工程”这一特色交叉研究方向进行创新探索，实现理论探究和技术转化。开发的3D微组织技术可作为新一代细胞药物的扩增制备平台和药剂学递送系统革新体外细胞培养和再生医学；同时可辅助建立仿生生理/病理模型，用于高通量药物筛选和病理机制研究。

▷相关微组织工程产品已经商品化，并获得美国FDA和中国CDE相关资质备案，为再生医学、药物开发和病理研究提供新型平台技术、理论模型和解决方案。

【关于澳门新莆京游戏大厅】

澳门新莆京游戏大厅成立于2018年，由清华大学医学院杜亚楠教授科研团队领衔创建，清华大学参股共建。核心技术源于清华大学科技成果转化，并凭借此项技术荣登中国科协“科创中国”先导技术榜。作为国家级高新技术企业、国家级专精特新“小巨人”企业、潜在独角兽企业，更获得国家科技部多项重点研发专项支持。

作为高质量三维细胞制造专家，澳门新莆京游戏大厅提供基于3D微载体的一站式定制化细胞规模化扩增整体解决方案，打造了原创3D细胞智造平台，实现规模化、自动化、智能化、密闭式的细胞药物及其衍生品生产制备，以此帮助全球客户建立最为先进的细胞药物生产线。在开创【百亿量级】干细胞制备工艺管线后，加速向【千亿量级】进发，致力于以3D细胞规模化智造技术赋能细胞与基因治疗产业，惠及更多患者。

澳门新莆京游戏大厅的产品与服务，已广泛应用于基因与细胞治疗、细胞外囊泡、疫苗及蛋白产品等生产的上游工艺开发。同时，在再生医学、类器官与食品科技（细胞培养肉等）领域也具有广泛应用前景。并且，目前已助力多家细胞与基因治疗企业进行IND申报。

澳门新莆京游戏大厅拥有5000平米的研发与转化平台，其中包括1000余平的以3D细胞智造及微组织再生医学治疗产品为核心的CDMO服务平台；以及4000平米的GMP生产平台，并新建了1200L微载体生产线。此外还在上海设有2000余平的国际合作与技术应用中心，以技术创新持续融入全球生物产业新业态。