陈元峰，广东省人民医院医学研究部助理研究员，博士毕业于香港中文大学矫形外科及创伤学专业，主要从事骨关节炎发病机制及相关新疗法，组织工程软骨支架等方面研究，近年来主持国家自然科学基金青年基金项目,中国博士后基金，参与国家自然科学基金,广东省医学科学技术研究基金等项目4项。目前以第一作者，共同第一作者及共同通讯作者发表 SCI 论文10篇, 其中发表于中科院JCR分区，工程技术大类1区1篇，骨科1区2篇，总影响因子超40；申请专利三项，其中一项已获授权，2017年珠江人才计划海外青年引进计划（博士后项目）获得者。

1. 引言

  软骨自身修复能力非常有限。其主要原因在于其自身无血管，无神经及无淋巴系统等特有的组织结构特征，导致损伤后一方面能被募集到损伤区的干细胞数量稀少；另一方面，即使有少量干细胞能迁移到损伤区，但其中的损伤微环境也不利于干细胞成软骨分化。于是如何有效地促进软骨损伤修复，是亟待解决的关键科学问题。在此研究中，作者构建了一个新型的缓释支架，复合SDF-1α / TGF-β1的丝素蛋白明胶支架(GSTS)。此支架可以持续地释放SDF-1α 和TGF-β1从而促进内源性干细胞的归巢及成软骨分化，最终实现软骨修复的目的。

2. 结果展示

       （1）为了探究GSTS支架是否具有缓释功能及分析其支架性能，作者通过电镜微观结构检测，FTIR检测，ELISA检测及支架膨胀率等检测分析，发现此新构建的丝素蛋白明胶支架具有良好的软骨支架材料的结构特性，对于负载其中的活性因子具有优良的缓释功能。

  （2）为了探究此新型材料是否具有吸引趋化干细胞的作用。作者通过体外细胞划痕实验，检测支架的趋化干细胞的性能。结果显示，在不同支架材料的上清液刺激下，复合了 SDF-1α的支架（GST, GSS和 GSTS）的分泌液比起单纯支架（GS）或空白对照都具有较强的刺激细胞迁移的能力。细胞迁移的定量分析显示，对照组相比都具有显著地统计学差异。这个结果表明，此新型材料具有较强的促干细胞趋化迁移的能力。

  （3）同时，作者也通过体外细胞实验，分析此新型支架材料的促干细胞成软骨分化的作用。通过RT-PCR检测成软骨分化的情况，结果发现。MSCs在实验组支架（GSTS）中表现出成软骨水平上调，证据可见于透明软骨相关标记物Col2，Sox9及 aggrecan在GSTS组与GS组比都有明显地上调，同时对于成骨标记物Col1, Runx2和ALP则明显下调。这个结果提示在分子水平上，我们构建的支架材料具有较好的促干细胞成软骨分化，同时抑制其成骨分化的作用。而Western blot结果，则从蛋白水平，进一步证明我们的支架材料具有良好的促干细胞成软骨分化的作用，证据可从成软骨标记物Sox9的表达水平在GSTS组中比起GS组显著提升中找到。所以，这些结果提示，此新型支架材料具有良好地促干细胞成软骨分化的功能。

  （4）进一步，作者通过体内实验，将此支架移植于大鼠软骨缺损处，评价此新型支架体内促软骨修复的作用。作者通过甲苯胺蓝染色检测各组软骨修复的情况，从结果我们可以看到GSTS组的软骨的表面显示较为光滑，而且有更多的修复的软骨样组织生成（蓝色显示软骨）。 相对地，我们发现在其它各组中（NC, GS, GST 和 GSS），在软骨的缺损处只有少量的软骨样组织，更多的是纤维组织的长入。 而定量评分结果也显示，GSTS组软骨的修复显著地高于其它各对照组。

3. 研究思路

  本研究分为以下三大部分：第一部分：支架材料的构建；第二部分：支架材料性能的检测；第三部分：体外细胞实验，检测支架的趋化及促软骨分化功能；第四部分：体内动物实验，检测支架修复软骨损伤的功能。

4. 总结

  在本研究中，作者成功地设计与构建了一种负载SDF-1α/TGF-β1活性因子的丝素蛋白明胶海棉活性支架(GSTS)，这种支架可成功缓释SDF-1α和TGF-β1可用于软骨损伤修复的治疗。从作者的实验结果可以证实，这种支架在体外实验中可以促进间充质干细胞迁移归巢，成软骨分化；在体内实验中可以发现通过SDF-1α和TGF-β1的协同作用可以更好地促进软骨损伤地修复。结果提示，此支架具有成为用于软骨损伤修复理想材料的潜力。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b01532（ACS Applied Materials & Interfaces ,IF=8.758）

 

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本文转自：GD省医公共实验室公众号

 

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