北医三院余家阔教授课题组在Science子刊发表组织工程半月板最新研究成果

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2019年4月10日，北京大学第三医院运动医学研究所江东副教授和余家阔教授在转化医学国际顶级期刊、Science子刊《科学-转化医学》（Science Translational Medicine，IF=16.710）在线发表了题为“Orchestrated biomechanical, structural, and biochemical stimuli for engineering anisotropic meniscus”（生物力学、结构及生化刺激的协同作用构建异质性组织工程半月板）的研究成果。

半月板是膝关节内的纤维软骨结构，具有重要的缓冲和保护软骨作用。半月板撕裂后难以自愈，无论是撕裂本身，还是磨损碎裂或手术部分切除和全切除，都会导致胫骨和股骨之间的接触应力增大，明显增加膝关节骨关节炎发生的风险。

应用半月板假体（包括胶原半月板CMI）治疗半月板部分切除和全切除后的功能和结构的重建，经证明无法达到预期效果。同种异体半月板移植物的来源有限，远期效果不确切。因此，为解决半月板缺失后的功能和结构重建，人们对组织工程半月板（TEM）寄予厚望。

基于半月板所处的股骨和胫骨之间的运动环境和牵拉挤压力学环境的特殊性，体外培育的TEM存在强度不足、结构不仿生等劣势，导致其植入后转归较差。构建具有足够力学强度和天然半月板异质性结构的TEM是半月板研究领域亟待解决的难题。

异质性组织工程半月板构建原理图

课题组以聚己内酯（PCL）作为基质材料，使用3D打印技术制备了TEM支架（提供结构调控），与骨髓间充质干细胞（MSCs）复合后构建MSCs-PCL支架复合体；采用自主研发的可控动态应力加压装置模拟体内半月板受力情况，协同和增强细胞因子CTGF/TGF-β3对细胞-支架复合体上间充质干细胞的增殖分化作用（提供力学和化学调控），经三种因素联合调控培养四周后初步实现了干细胞的体外区域性诱导分化。植入动物体内24周后，再生半月板接近正常半月板的异质性结构和力学强度，有效预防了半月板切除后的关节软骨退变。

TEM植入24周后实现异质性半月板再生

这项研究提出了一种新颖的异质性组织构建模式，利用支架结构、力学和生长因子微环境的协同作用，调控干细胞在支架不同部位的差异性分化，从而实现异质性组织工程半月板的构建和对关节软骨的保护，为其临床转化奠定基础。

课题组25年来在诊断和治疗半月板损伤方面的其它工作

该研究由余家阔课题组、北京航空航天大学生物与医学工程学院赵峰课题组、北航大数据精准医疗高精尖创新中心王晓刚课题组、中国科学院化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室杨飞课题组、哈佛大学医学院布莱根妇女医院纳米工程与药物递送实验室施进军课题组及北大生物医学工程系葛子钢课题组合作完成。北医三院张正政博士、陈有荣博士、王少杰博士及北航赵峰副教授为该论文的并列第一作者；北医三院江东副教授、余家阔教授为该论文的通讯作者。

这项研究成果的取得体现了医工结合、医化结合、学科交叉合作的优势。该研究得到国家自然科学基金重点项目、面上项目、青年基金及国家高技术研发计划(863计划)、广东省自然科学基金等项目资助。   

文章链接地址：

https://stm.sciencemag.org/content/11/487/eaao0750

DOI: 10.1126/scitranslmed.aao0750

来源：北医三院

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