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  軟骨組織是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的梯度組織，從軟骨側(cè)到軟骨下骨側(cè)，其化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及生物學(xué)功能均呈現(xiàn)空間連續(xù)變化。精準(zhǔn)仿生骨軟骨的天然梯度結(jié)構(gòu)是骨軟骨修復(fù)的核心難題，其挑戰(zhàn)不僅在于成分梯度，更在于無機納米晶體的空間結(jié)構(gòu)梯度仿生，該結(jié)構(gòu)的成功仿生對修復(fù)微環(huán)境的構(gòu)建及組織再生效果發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

  近日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院趙玥綺特聘副研究員與方向前教授聯(lián)合浙江大學(xué)唐睿康教授團隊，基于磷酸鈣無機離子寡聚體與化學(xué)修飾的透明質(zhì)酸，通過有機-無機共組裝策略模擬生物礦化中的非經(jīng)典結(jié)晶路徑，成功構(gòu)建出具有空間納米結(jié)構(gòu)與成分梯度的仿生梯度骨軟骨水凝膠（BiGOH）。該材料的梯度結(jié)構(gòu)賦予其區(qū)域特異性的微環(huán)境調(diào)控能力：在軟骨親和區(qū)，BiGOH促進(jìn)軟骨代謝與合成；在軟骨下骨親和區(qū)，則引導(dǎo)巨噬細(xì)胞募集并向促再生的M2表型極化，同時增強骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化。這種各向異性的微環(huán)境調(diào)控在大鼠骨軟骨缺損模型中顯著加速了組織再生，即使在不利于修復(fù)的骨關(guān)節(jié)炎條件下仍表現(xiàn)出良好效果。植入8周后，缺損區(qū)域?qū)崿F(xiàn)完整的骨軟骨再生，新生組織呈現(xiàn)出與天然組織相似的結(jié)構(gòu)特征，并與周圍組織無縫整合。

  相關(guān)研究成果以“Organic-Inorganic Composite Hydrogel with Biomimetic Structural Gradient for Osteochondral Regeneration in Osteoarthritis”為題近日發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院諸進(jìn)晉博士、吳董澤碩士、浙江理工大學(xué)楊淑慧博士為共同第一作者。

圖1：展現(xiàn)了磷酸鈣離子寡聚體（CPO）與化學(xué)修飾的透明質(zhì)酸的有機-無機共組裝反應(yīng)，構(gòu)建具有空間納米結(jié)構(gòu)與成分梯度的仿生梯度骨軟骨水凝膠。其中仿生礦化形成的羥基磷灰石（HAP）納米晶體空間呈現(xiàn)梯度分布，尺度從23.09±7.35納米逐漸增加到117.60±24.73納米。

圖2. 在 BiGOH 構(gòu)建的促再生微環(huán)境中，骨關(guān)節(jié)炎大鼠模型的骨軟骨缺損可在 8 周內(nèi)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能的完全修復(fù)；組織學(xué)結(jié)果顯示，新生組織與宿主周圍組織實現(xiàn)無縫整合，且其架構(gòu)與天然骨軟骨組織高度相似。通過國際軟骨修復(fù)協(xié)會評分系統(tǒng)進(jìn)行的組織學(xué)評估，經(jīng)BiGOH處理的缺損在軟骨和軟骨下骨區(qū)域的評分均與天然組織相當(dāng)。

圖3. 在 BiGOH 構(gòu)建的微環(huán)境中，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞mTOR、軟骨細(xì)胞STAT3、巨噬細(xì)胞M2極化等炎癥相關(guān)通路分別受到梯度調(diào)控，證實了BiGOH為細(xì)胞提供了梯度的促修復(fù)微環(huán)境。

  總結(jié)：本研究基于非經(jīng)典結(jié)晶途徑，在有機-無機復(fù)合體系中成功仿生構(gòu)建了兼具微觀結(jié)構(gòu)與成分雙重梯度的骨軟骨水凝膠。該材料為骨軟骨再生提供了理想的梯度微環(huán)境，進(jìn)而為修復(fù)策略提供了新思路；更從材料設(shè)計層面，拓展了復(fù)雜層次結(jié)構(gòu)生物材料的新途徑，對再生醫(yī)學(xué)中各類異質(zhì)性組織界面的修復(fù)具有普適性啟示。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202518117