2024年北京大学与浙江大学联合研究：功能性半月板重建的新突破

2024年3月11日，北京大学第三医院运动医学科江东教授与浙江大学机械工程学院尹军研究员在生物材料领域顶级期刊《 ) (2022 IF=18.9) 研究成果标题为“with and self-of Stem cells”（自诱导干细胞介导的支架拓扑微结构以实现功能性半月板重建）生物学和生物力学的异质性）。

半月板损伤是最常见的膝关节运动损伤。半月板的白色区域没有血液供应，受伤后很难愈合。需要进行半月板切除术，但切除会增加骨关节炎的风险。同种异体半月板来源有限。半月板假体由于血管长入、形态匹配等问题，长期疗效较差。因此，组织工程半月板（TEM）的应用是促进半月板修复和再生的一种有前景的治疗方法。

半月板具有重要的生理功能，包括吸收冲击、传递负荷和稳定膝关节。这些生理功能的实现很大程度上依赖于半月板生化异质性和生物力学异质性的特点。然而，目前的TEM往往无法重建自然半月板的梯度异质结构，难以实现其功能重建，因此无法阻止关节软骨的进一步退化。

本研究基于微拓扑结构对干细胞分化的调节作用，基于天然半月板胶原分布和纤维走向，研制了一种具有特殊梯度菱形微孔的组织工程半月板支架（TEM with a-sized-pored，GSDP-TEM） ）。为了兼顾力学和电池兼容性的要求，本研究选择高分子量聚己内酯（poly(ε-)，PCL）作为分子刻蚀后的TEM制备材料。生物化学方面，内小外大的梯度微孔诱导间充质干细胞（MSCs）在生长因子的协同作用下实现空间特异性异质分化，进一步实现细胞外质的转化。矩阵（ECM）。从内到外梯度沉积。在生物力学方面，菱形微孔的设计使GSDP-TEM具有良好的异质拉伸性能和仿生天然半月板的载荷传递能力。 GSDP-TEM植入兔膝关节后，实现了体内异质半月板再生，并表现出良好的关节软骨保护能力。转录组测序数据表明PI3K-AKT和TGF-β信号通路在支架拓扑微结构介导的MSCs空间异质分化中发挥重要作用。这项研究为半月板生化和生物力学异质性的双相重建提供了一种高效且简单的构建策略。由拓扑微观结构介导的机械和生物效应可以推广并应用于人体的各种承载异质性。性组织的工程构建具有良好的临床转化潜力。

该论文由北京大学第三医院运动医学科研究团队与浙江大学、新加坡南洋理工大学合作完成。北京大学第三医院运动医学科博士生杜明泽、南洋理工大学博士后刘康泽、浙江大学博士生赖惠南为该论文的共同作者。作者一名。北京大学第三医院运动医学科江东教授和浙江大学机械工程学院尹军研究员为该论文的共同通讯作者。该研究成果得到国家自然科学基金（）和北京市自然科学基金（）的资助。

文字|运动医学系

评论 |江东、王成