3D打印辅助软骨下骨重建干预对软骨修复的作用及其调控机制研究

Osteochondral defects caused by trauma, osteopathy and degeneration really embarrassed orthopedic surgeons all over the world, could impose heavy social and economic burden. Recently, the functional unit formed by the articular cartilage and the subchondral bone seems to be of particular interest, thus the notion of cartilage repair turns to more comprehensive osteochondral restoration. In addition, it has been shown that subchondral bone reconstruction showed intimate relationship with cartilage restoration during osteochondral repair process. The hypothesis is that whether or not cartilage repair would be regulated by precisely controlled subchondral bone intervention, without causing end-stage degeneration. Thus, this study aims to promote cartilage repair through subchondral bone intervention via two kinds of 3D printing aided protocols in vivo, including PEG-suramin timed releasing systems and precise subchondral bone injection of bone metabolism affecting drugs. Then the OPG/RANK/RANKL signal transduction pathway involved is analyzed to illustrate underlying molecular mechanisms, to ensure that cartilage restoration could be achieved and ultimately preserved. Eventually, a novel cartilage strategy would be expected to achieve functional cartilage repair.

创伤、骨病和自然退化导致的骨软骨缺损是困扰骨关节医生的世界性难题，带来沉重的社会经济负担。随着骨软骨作为一个功能单位受到学者们的持续关注，软骨修复也逐渐转至更综合的骨软骨一体化修复。研究也显示骨软骨修复中软骨下骨重建与软骨修复之间存在的相关关系。我们设想能否通过对软骨下骨重建进行精准调控来干预软骨修复过程，防止终末分化，本项目应用3D打印建立两种软骨下骨干预策略，即软骨下骨干预药物定时释放系统与软骨下骨精准注射，并研究软骨下骨干预对软骨修复的影响，对涉及的OPG/RANK/RANKL信号传导通路的作用进行分析，探讨软骨下骨干预影响软骨修复的分子调控机制。使修复的软骨不仅能“长得好”，还能“留得住”，将有望提出一种新的软骨修复的治疗模式。

自希波克拉底时代开始，软骨损伤修复就是一个棘手的问题。骨软骨作为一个功能单位受到学术界持续关注，软骨下骨在软骨损伤的发生、修复及进展中可能起到重要的作用，且软骨下骨已成为骨关节炎治疗研究的热门靶点，通过影响骨转化的药物能改善关节炎症状。软骨下骨在软骨修复中的作用尚不清楚。本项目通过 3D 打印辅助的软骨下骨干预药物定时释放系统与软骨下骨精准注射两种方案，探讨软骨下骨干预方案对软骨功能化修复的影响，对其中涉及的信号传导通路进行分析，揭示干预软骨下骨状态影响软骨修复的分子调控机制，为软骨修复提供一种新的治疗策略。其主要成果包括：首先建立软骨下骨重建干预药物定时释放缓释系统，为定时缓释干预系统的构建提供可行的制备工艺；其次研究了软骨下骨干预与软骨下骨迁移规律，应用骨增殖抑制药物苏拉明，通过不同缓释系统的时间因素对软骨下骨的增殖状态施加干预，发现术后2周、16周苏拉明释放干预组的软骨下骨的骨小梁骨微结构与正常骨小梁参数接近，而其余组则出现异常情况，证明在特定时间窗使用软骨下骨药物干预能抑制异常骨增殖，促进软骨的修复过程，发现软骨下骨体积与软骨下骨迁移面积（缺损内）呈密切相关关系，提示缺损内新生软骨下骨由缺损周围向中央迁移规律，呈“桥接”作用；探索了软骨下骨干预与软骨修复关系，干预后的软骨下骨微结构参数趋于正常，为修复软骨提供保护与支撑，防止修复软骨退化。综上，本项目为探讨软骨下骨干预影响软骨修复研究奠定了扎实的工作基础，为临床软骨修复提供新的治疗策略，使修复的软骨不仅能“长得好”，还能“留得住”。