带有无截然分界结合界面的的仿生支架对关节软骨功能化修复的机制研究

Treatments of osteochondral defect result in lack of hyaline-like cartilage of neo-tissue and poor long-term clinical effect. Based on advanced regeneration medicine techniques, we fabricated and tested relative properties of a novel three-dimensional tissue engineering scaffold with gradient pore size using PLGA combined with continuous gradient bioactive signals via computer aided design and manufacture technology and 3D print technique. We used two programmable controlled syringes pumps and TGF-β1and BMP -2 suspending liquid to create a continuous gradient transition interface between two bioactive signals, imitating the interface composition between bone and cartilage in vivo. Scaffolds were seeded with autogenous bone marrow stromal cell (BMSCs) and the repair and regeneration of osteochondral defect and the chondrogenesis and osteogenesis induced by bionic scaffold with bioactive signals were evaluated in multiple groups. Though computer-aided designed and manufactured bionic scaffold, the biological anchorage and bionic continuous interface between cartilage and subchondral bone can be achieved and collapse or defluxion can be solved.

关节软骨缺损修复一直是骨科学难题之一，临床上虽已有多种治疗方法，然而存在新生组织难以呈现功能性软骨生理学特性而远期效果不良的问题。为达到有效及功能化修复受损软骨，探索软骨修复的机制并从根本上改进修复手段至关重要。近年来，骨软骨作为一个功能单位受到持续关注，软骨修复理念从单一的软骨修复转变为骨软骨的一体化修复，但目前尚无理想的一体化修复手段。本项目依据仿生学理念，通过三维打印技术精确构建模拟骨软骨功能单位的支架主体，并进一步加入通过精密注射泵滴注制成的梯度浓度TGF-β1和BMP-2混悬液，使得修复过程中支架内软骨与软骨下骨之间形成“无截然分界”的软骨-骨结合界面，从而最大程度模拟关节软骨及软骨下骨的微观生理学结构并功能化修复关节软骨，通过体内体外实验揭示仿生化支架对于一体化修复骨软骨的机制与优势作用，有效解决既往关节软骨修复途径中新生组织从关节表面至深面缺乏渐进式结构变化的问题。

关节软骨缺损修复一直是骨科学难题之一，临床上虽已有多种治疗方法，然而存在新生组织难以呈现功能性软骨生理学特性而远期效果不良的问题。为达到有效及功能化修复受损软骨，探索软骨修复的机制并从根本上改进修复手段至关重要。近年来，骨软骨作为一个功能单位受到持续关注，软骨修复理念从单一的软骨修复转变为骨软骨的一体化修复，但目前尚无理想的一体化修复手段。本项目依据仿生学理念，通过三维打印技术精确构建模拟骨软骨功能单位的支架主体，通过前期研究测试，我们重新整合资料，设计梯度孔径上层1mm ，孔径为100-300 um，下层5mm，孔径为300-500um，从而最大程度模拟关节软骨及软骨下骨的微观生理学结构并功能化修复关节软骨。通过体内体外实验，成功建立单关节内多个骨软骨缺损的动物模型，体外实验显示梯度孔径支架对BMSC有靶向诱导作用，能够形成自然的无截然分解面的骨软骨单位，同时梯度孔径支架复合BMSCs对于一体化修复多个骨软骨缺损有较好的效果，有效解决既往关节软骨修复途径中新生组织从关节表面至深面缺乏渐进式结构变化的问题。同时本项目研究还发现，不同位置的缺损，其修复效果具有差异，为将来精准修复骨软骨缺损的研究提供了有意义的线索。