近期，上海交大医学院附属瑞金医院崔文国和重医附一医骨科黄伟主任、罗小辑主任等通过微流控技术构建了兼具募集干细胞和促进干细胞成软骨分化的“细胞岛屿”微球，能够用于骨关节炎软骨损伤的修复和再生。该研究以题为“Stem Cell-Recruiting Injectable Microgels for Repairing Osteoarthritis”的论文发表在Advanced Functional Materials（2021，2105084）。（欢迎致力于“再生医学材料”的博士加盟该团队从事博士后研究,50555736@qq.com）

  利用干细胞的多向分化潜能修复受损组织在再生医学中具有良好应用前景，然而在分离、培养、保存和递送干细胞的过程中遇到的种种问题，如干细胞的分化潜能下降、免疫排斥反应、感染等）限制了干细胞的广泛应用。因此，运用生物材料学方法，构建一种能动员、募集内源性干细胞，并诱导其定向分化修复受损组织的无细胞生物材料，有望拓展干细胞的应用前景。

  该团队通过光引发的自由基聚合反应将甲基丙烯酸化透明质酸（HAMA）和肝素（HepMA）进行化学键合，进一步基于微流控技术制备了单分散、粒径均一、可注射的多孔HAMA@HepMA水凝胶微球，并以肝素作为桥接与PDGF-BB和TGF-β3进行非共价结合，从而构建了兼具募集干细胞和促进干细胞成软骨分化的“细胞岛屿”微球（图1），能够用于骨关节炎软骨损伤的修复和再生。

图1：“细胞岛屿”微球的制备示意图。

  研究表明，“细胞岛屿”微球能够通过释放具有趋化特性的PDGF-BB来刺激干细胞从其生态位中脱离。并且PDGF-BB这种缓慢而又持续的释放特性能够在微球周围形成局部的高浓度，这将有助于细胞沿着PDGF-BB的浓度梯度进行定向迁移，从而实现“细胞岛屿”微球对干细胞的趋化和募集。与此同时，“细胞岛屿”微球还能利用透明质酸模拟细胞外基质促进被募集的干细胞的附着和铺展（图2）。

图2：“细胞岛屿”微球的对干细胞的趋化和募集，“细胞岛屿”微球募集干细胞，并促进细胞附着和铺展。

  此外，“细胞岛屿”微球还能通过释放具有成软骨特性的TGF-β3诱导干细胞进行定向成软骨分化。研究团队通过前交叉韧带切断加内侧半月板切除的方法（ACLT + MMx）建立了大鼠骨关节炎模型，并在造模后1周和5周通过关节腔注射“细胞岛屿”微球来进行干预。研究结果显示，“细胞岛屿”微球能够通过促进软骨修复和再生来改善骨关节炎（图3）。

图3：“细胞岛屿”改善骨关节炎软骨损伤：(a) HE染色；(b) 番红固绿染色；(c) 免疫组化染色。

  在本研究中，该联合团队将通过微流控技术产生的可注射多孔HAMA@HepMA水凝胶微球与PDGF-BB和TGF-β3进行非共价结合，构建了一种兼具募集干细胞和促进干细胞成软骨分化的“细胞岛屿”微球，能够为骨关节炎软骨损伤的修复和再生提供了一种新策略。同时，该策略也为微流控水凝胶微球在干细胞治疗中的应用提供了一种新思路。

  第一作者：雷一霆，通讯作者：罗小辑、崔文国、黄伟。该研究得到了国家自然科学基金委等项目支持。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105084