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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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深圳先進(jìn)院等研發(fā)出可注射活體生物材料

2020-07-20 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院

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語音播報(bào)

　　近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所于寅團(tuán)隊(duì)在Bioactive Materials上，發(fā)表題為Injectable ECM hydrogel for delivery of BMSCs enabled full-thickness meniscus repair in an orthotopic rat model的研究文章。該研究用豬半月板脫細(xì)胞化得到一種組織特異性細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），并將其制備成可注射的水凝膠用于負(fù)載骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）形成一種活體生物材料。研究發(fā)現(xiàn)，該ECM可以促進(jìn)BMSCs成軟骨分化；將該ECM負(fù)載BMSCs注射到半月板損傷處，可修復(fù)半月板損傷和抑制關(guān)節(jié)退變。該項(xiàng)研究探討了其生物相容性和軟骨誘導(dǎo)性能，并評價(jià)了其對半月板損傷的修復(fù)和關(guān)節(jié)的保護(hù)作用，對半月板修復(fù)具有重要臨床意義。

　　該研究從仿生學(xué)得到啟發(fā)，用豬半月板的內(nèi)側(cè)1/3部分組織（白區(qū)）通過脫細(xì)胞化制作一種組織特異性細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），并將其制備成可注射用的水凝膠，再將該ECM負(fù)載骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）形成具有生物活性的活體凝膠材料用于半月板損傷修復(fù)（圖1）。繼而將組織特異性ECM復(fù)合BMSCs做體外三維培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)該ECM具有優(yōu)異的生物相容性和軟骨誘導(dǎo)能力（圖2）。體外培養(yǎng)21天后發(fā)現(xiàn)，該ECM與BMSCs的復(fù)合物的形貌結(jié)構(gòu)更接近正常的半月板組織，這說明該ECM更利于半月板損傷的修復(fù)（圖3）?？蒲腥藛T將組織特異性ECM復(fù)合BMSCs后在體外培養(yǎng)一周后，置入SD大鼠的背部，四周后取出該復(fù)合物進(jìn)行組織學(xué)染色，結(jié)果表明該組織內(nèi)出現(xiàn)大量的軟骨的特異性標(biāo)志“軟骨陷窩”，番紅染色和甲苯胺藍(lán)染色呈現(xiàn)強(qiáng)陽性（圖4）。研究團(tuán)隊(duì)繼而制作了一個(gè)位于半月板白區(qū)全層的半月板損傷SD大鼠模型，將負(fù)載有BMSCs的組織特異性ECM注射到模型半月板損傷部位，兩個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，該活體生物材料能夠促進(jìn)半月板的修復(fù)，同時(shí)保護(hù)了關(guān)節(jié)，抑制了鈣質(zhì)流失和骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生（圖5）。

　　該研究利用組織特異性的ECM負(fù)載骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞形成可注射的活體水凝膠，并研究其在全層半月板損傷動(dòng)物模型中的治療效果和保護(hù)關(guān)節(jié)免于骨關(guān)節(jié)炎的功能，實(shí)驗(yàn)過程歷時(shí)兩年半，克服動(dòng)物實(shí)驗(yàn)過程中的困難，通過在顯微鏡下對小鼠進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)來構(gòu)建半月板損傷模型，確保了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，為臨床半月板損傷的治療提供了新思路，是可注射活體生物材料在再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用上的有益嘗試。

　　深圳先進(jìn)院合成生物學(xué)研究所研究助理鐘剛、廣西醫(yī)科大學(xué)博士姚軍為論文的共同第一作者。研究工作獲得深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院、深圳市科創(chuàng)委孔雀計(jì)劃團(tuán)隊(duì)、中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院優(yōu)秀青年創(chuàng)新基金及廣西自然科學(xué)基金聯(lián)合培育項(xiàng)目的資助。

　　論文鏈接

圖1.利用可注射活體生物材料進(jìn)行體內(nèi)異位及原位軟骨再生及半月板創(chuàng)傷修復(fù)實(shí)驗(yàn)的示意圖

　　圖2.（a,b）體外三維立體培養(yǎng)live/dead染色；（c）三維立體培養(yǎng)后的糖胺多糖（GAGs）檢測；（d）三維培養(yǎng)21天后，Collagen I，Collagen II和aggrecan的基因表達(dá)。

圖3.三維立體培養(yǎng)后的電鏡圖

圖4.置入大鼠背部組織特異性ECM復(fù)合BMSCs 復(fù)合物的組織學(xué)染色

圖5.（a）大體圖；（b）番紅固綠染色；（c-e）micro-CT掃描,c:反映關(guān)節(jié)腔的骨質(zhì)變化和骨贅形成；d:反映關(guān)節(jié)腔容積；e:反映骨小梁密度

　　半月板是膝關(guān)節(jié)內(nèi)保護(hù)關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的重要組織，缺乏自愈能力，損傷后很難自我修復(fù)。半月板損傷修復(fù)是臨床治療的難題之一，尤其是半月板白區(qū)損傷的修復(fù)更讓臨床醫(yī)生束手無策。目前，多采用人工合成類材料對半月板進(jìn)行修復(fù)，但人工合成類材料的生物相容性不足，且對半月板損傷的治療效果不佳。因此，開發(fā)具備高生物相容性及組織特異生物活性的材料用于臨床較為迫切。
　　近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所于寅團(tuán)隊(duì)在Bioactive Materials上，發(fā)表題為Injectable ECM hydrogel for delivery of BMSCs enabled full-thickness meniscus repair in an orthotopic rat model的研究文章。該研究用豬半月板脫細(xì)胞化得到一種組織特異性細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），并將其制備成可注射的水凝膠用于負(fù)載骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）形成一種活體生物材料。研究發(fā)現(xiàn)，該ECM可以促進(jìn)BMSCs成軟骨分化；將該ECM負(fù)載BMSCs注射到半月板損傷處，可修復(fù)半月板損傷和抑制關(guān)節(jié)退變。該項(xiàng)研究探討了其生物相容性和軟骨誘導(dǎo)性能，并評價(jià)了其對半月板損傷的修復(fù)和關(guān)節(jié)的保護(hù)作用，對半月板修復(fù)具有重要臨床意義。
　　該研究從仿生學(xué)得到啟發(fā)，用豬半月板的內(nèi)側(cè)1/3部分組織（白區(qū)）通過脫細(xì)胞化制作一種組織特異性細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），并將其制備成可注射用的水凝膠，再將該ECM負(fù)載骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）形成具有生物活性的活體凝膠材料用于半月板損傷修復(fù)（圖1）。繼而將組織特異性ECM復(fù)合BMSCs做體外三維培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)該ECM具有優(yōu)異的生物相容性和軟骨誘導(dǎo)能力（圖2）。體外培養(yǎng)21天后發(fā)現(xiàn)，該ECM與BMSCs的復(fù)合物的形貌結(jié)構(gòu)更接近正常的半月板組織，這說明該ECM更利于半月板損傷的修復(fù)（圖3）?？蒲腥藛T將組織特異性ECM復(fù)合BMSCs后在體外培養(yǎng)一周后，置入SD大鼠的背部，四周后取出該復(fù)合物進(jìn)行組織學(xué)染色，結(jié)果表明該組織內(nèi)出現(xiàn)大量的軟骨的特異性標(biāo)志“軟骨陷窩”，番紅染色和甲苯胺藍(lán)染色呈現(xiàn)強(qiáng)陽性（圖4）。研究團(tuán)隊(duì)繼而制作了一個(gè)位于半月板白區(qū)全層的半月板損傷SD大鼠模型，將負(fù)載有BMSCs的組織特異性ECM注射到模型半月板損傷部位，兩個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，該活體生物材料能夠促進(jìn)半月板的修復(fù)，同時(shí)保護(hù)了關(guān)節(jié)，抑制了鈣質(zhì)流失和骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生（圖5）。
　　該研究利用組織特異性的ECM負(fù)載骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞形成可注射的活體水凝膠，并研究其在全層半月板損傷動(dòng)物模型中的治療效果和保護(hù)關(guān)節(jié)免于骨關(guān)節(jié)炎的功能，實(shí)驗(yàn)過程歷時(shí)兩年半，克服動(dòng)物實(shí)驗(yàn)過程中的困難，通過在顯微鏡下對小鼠進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)來構(gòu)建半月板損傷模型，確保了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，為臨床半月板損傷的治療提供了新思路，是可注射活體生物材料在再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用上的有益嘗試。
　　深圳先進(jìn)院合成生物學(xué)研究所研究助理鐘剛、廣西醫(yī)科大學(xué)博士姚軍為論文的共同第一作者。研究工作獲得深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院、深圳市科創(chuàng)委孔雀計(jì)劃團(tuán)隊(duì)、中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院優(yōu)秀青年創(chuàng)新基金及廣西自然科學(xué)基金聯(lián)合培育項(xiàng)目的資助。
　　論文鏈接
　　圖1.利用可注射活體生物材料進(jìn)行體內(nèi)異位及原位軟骨再生及半月板創(chuàng)傷修復(fù)實(shí)驗(yàn)的示意圖
　　圖2.（a,b）體外三維立體培養(yǎng)live/dead染色；（c）三維立體培養(yǎng)后的糖胺多糖（GAGs）檢測；（d）三維培養(yǎng)21天后，Collagen I，Collagen II和aggrecan的基因表達(dá)。
　　圖3.三維立體培養(yǎng)后的電鏡圖
　　圖4.置入大鼠背部組織特異性ECM復(fù)合BMSCs 復(fù)合物的組織學(xué)染色
　　圖5.（a）大體圖；（b）番紅固綠染色；（c-e）micro-CT掃描,c:反映關(guān)節(jié)腔的骨質(zhì)變化和骨贅形成；d:反映關(guān)節(jié)腔容積；e:反映骨小梁密度
　　

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