调控干细胞向软骨分化的可注射II型胶原基水凝胶的构建

关节软骨组织缺乏血液供应、细胞代谢缓慢，损伤后自行修复能力非常有限，目前临床常用的治疗方法都不能维持长久的软骨修复效果。可注射水凝胶可通过关节镜等微创方式植入人体并在体内原位形成，可填满任意形状受损部位，提高了临床应用的可操作性。然而目前可注射水凝胶普遍存在力学性能差、容易收缩等问题。为了解决以上问题，本研究拟以软骨细胞外基质成分Ⅱ型胶原为主要原料，制备II型胶原水凝胶或I型和II型胶原的复合水凝胶；或用II型胶原与经高碘酸钠氧化改性的透明质酸（软骨细胞外基质成分）或海藻酸盐（具有维持软骨细胞表型的功能）制备原位化学交联可注射水凝胶，并考察水凝胶支架的性质对MSC的形态、增殖及向软骨分化潜能的影响；细胞/水凝胶复合支架的收缩情况；水凝胶支架材料的异位软骨诱导性能及原位软骨修复效果。最后构建出具有优良性能、可调控干细胞向软骨分化的可注射水凝胶支架。

II型胶原、透明质酸、硫酸软骨素是关节软骨细胞外基质的主要成分，另外有研究表明I型胶原、海藻酸钠具有维持软骨细胞表型的功能。本项目以以上几种高分子材料为基础，设计制备具有一定的力学性能、能维持软骨细胞表型或诱导间充质干细胞向软骨细胞方向分化的可注射水凝胶支架材料。通过本项目的实施，优化了无菌I型胶原、II型胶原的提取纯化工艺，考察了I型胶原对干细胞向软骨方向分化的影响，设计制备了氧化海藻酸钠交联I型胶原水凝胶、I型/II型胶原复合水凝胶、I型胶原/透明质酸/硫酸软骨素复合水凝胶、II型胶原/氧化透明质酸复合水凝胶、II型胶原/硫酸软骨素复合水凝胶等体系，并通过FDA/PI染色激光共聚焦显微镜观察、组织切片染色、GAGs/DNA含量测定、PCR检测技术以及动物实验等手段初步考察了水凝胶体系对细胞功能的影响。研究结果表明，I型胶原水凝胶可以促使包裹在其中的干细胞微团向软骨方向分化；氧化海藻酸钠交联I型胶原水凝胶的降解性能和收缩性得到改善；I型胶原中II型胶原的加入并未像文献描述的那样对维持软骨细胞表型起到重要作用，这可能与复合水凝胶的力学因素有关；适宜浓度和比例的胶原/透明质酸/硫酸软骨素复合水凝胶可以促进软骨细胞维持其表型，包裹骨髓间充质干细胞的复合水凝胶修复关节软骨缺损的效果较好。