3D打印个性化构建功能性支架联合间充质干细胞持续诱导分化系统进行半月板重建

批准号:
81802153
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
孟庆阳
依托单位:
学科分类:
H0604.骨、关节、软组织损伤与修复
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
张辛、代岭辉、黄洪杰、刘强、石媛媛、余慧镭、邓恩
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中文摘要
半月板切除后破坏膝关节力学稳态,损害关节软骨,远期可导致骨性关节炎。但由于缺乏足够的营养和前体细胞,半月板切除后难以再生和重建,是临床上亟待解决的问题。组织工程技术是极具前景的解决方法,目前主要存在三方面问题:一是半月板支架和股骨髁形态上匹配不够,二是支架上种子细胞易于流失,三是生物因子不易存留和持续发挥作用。在本研究中,对兔正常半月板进行磁共振扫描,获取个性化参数,通过3D打印技术构建出更接近正常半月板形态、外层致密膜结构包绕内部网格状多孔结构的个性化支架。通过共价偶联的方式应用干细胞亲和多肽E7对支架进行功能修饰,使之成为具有特异性贴附骨髓间充质干细胞能力的功能性支架。联合由自体骨髓间充质干细胞和纳米KGN缓释微球组成的持续成软骨诱导分化系统,通过体外和动物实验验证半月板再生和重建的效果,以期达到半月板重建、减轻关节软骨损伤、延迟骨性关节炎发病进程的目的,为临床提供理论和实践依据。
英文摘要
Meniscectomy resulted in mechanical instability of the knee joint, the deterioration of articular cartilage and the gradual development of arthritis. Without access to abundant nutrients or progenitor cells, meniscus has poor intrinsic potential for regeneration and reconstruction, still being a significant clinical challenge. Tissue engineering is a promising strategy to address this challenge. There were three main problems at present, 1) the inadequate morphology matching between scaffolds and femoral condyle; 2) the seed cells were easily lost on scaffolds; 3) biological factors were difficult to remain and continue to play a role. In this study, magnetic resonance imaging data of normal meniscus were get as individual parameters to construct personalized scaffolds whose morphology were closer to the normal meniscus and had outer dense membrane and internal grid porous structure based on 3D printing. The functional scaffolds with specific mesenchymal stem cell attachment were established by conjugating affinity peptide (E7) onto the scaffolds aforementioned. The scaffolds combined with sustained chondrogenic differentiation system composed of autologous mesenchymal stem cells and nano KGN microspheres were used for meniscus regeneration, and the outcomes were validated by in vitro and in vivo experiments. We expect this technique will realize meniscus reconstruction, reduce cartilage deterioration, and delay the onset of osteoarthritis, providing theoretical and practical support for the clinical practice.
半月板是维持膝关节力学稳态和保护关节软骨的重要结构。但由于缺乏足够的营养和前体细胞,半月板切除后难以再生和重建。我们研发了一种由聚己内酯/丝素组成、基于3D打印的仿生和复合组织工程半月板支架,具有良好的生物力学性能和支持干细胞增殖、分化和细胞外基质生成的能力。兔模型实验结果显示,植入体内24周时支架再生半月板的组织学评估、生化指标及生物力学性能与天然半月板组接近,对软骨的保护作用明显优于对照组。在3D打印半月板支架的过程中,为明确生物墨水的最优打印条件,我们比较了脱细胞基质水凝胶不同酸碱性、硬度、浓度、渗透压条件下的细胞存活、增殖、扩散和定向分化效果,为优化3D打印条件提供了理论依据。研发了一种由丝素蛋白(SF)和甲基丙烯酸透明质酸(MAHA)组成的剪切稀化水凝胶,在低浓度大分子聚合物的情况下具有较高的机械模量。研发一种低温自组装丝素蛋白海绵作为酶促外泌体传递的可生物降解平台。发现了一种新的能够改善骨关节炎病情的小分子化合物BNTA,通过上调超氧化物歧化酶3的活性,发挥保护软骨细胞及抑制骨关节炎进展的生物学作用。采用关节镜下囊肿切除联合缝合修补的方法治疗外侧半月板多房囊肿,在切除囊肿的同时最大可能保存半月板。针对复杂的内侧半月板囊肿,提出基于MRI的临床分型及手术入路选择,为内侧半月板囊肿的治疗及半月板保留提供了有益参考。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A small molecule promotes cartilage extracellular matrix generation and inhibits osteoarthritis development
小分子促进软骨细胞外基质生成并抑制骨关节炎发展
DOI:10.1038/s41467-019-09839-x
发表时间:2019-04-23
期刊:NATURE COMMUNICATIONS
影响因子:16.6
作者:Shi, Yuanyuan;Hu, Xiaoqing;Ao, Yingfang
通讯作者:Ao, Yingfang
DOI:10.16038/j.1000-6710.2021.05.001
发表时间:2021
期刊:中国运动医学杂志
影响因子:--
作者:孟庆阳;马勇;史尉利;敖英芳;龚熹
通讯作者:龚熹
Stepwise Cross-Linking of Fibroin and Hyaluronic for 3D Printing Flexible Scaffolds with Tunable Mechanical Properties
丝蛋白和透明质酸的逐步交联,用于 3D 打印具有可调机械性能的柔性支架
DOI:10.1021/acsbiomaterials.0c00368
发表时间:2021
期刊:ACS Biomaterials-Science & Engineering
影响因子:--
作者:Sun M;Cheng J;Zhang J;Wu N;Zhao F;Li Z;Yu H;Duan X;Fu X;Hu X;Chen H;Ao Y
通讯作者:Ao Y
DOI:10.16038/j.1000-6710.2021.10.008
发表时间:2021
期刊:中国运动医学杂志
影响因子:--
作者:孟庆阳;马勇;史尉利;敖英芳
通讯作者:敖英芳
Comparison of three different acidic solutions in tendon decellularized extracellular matrix bio-ink fabrication for 3D cell printing
用于 3D 细胞打印的肌腱脱细胞细胞外基质生物墨水制造中三种不同酸性溶液的比较
DOI:10.1016/j.actbio.2021.06.026
发表时间:2021
期刊:Acta Biomaterialia
影响因子:9.7
作者:Zhao Fengyuan;Cheng Jin;Zhang Jiahao;Yu Huilei;Dai Wenli;Yan Wenqiang;Sun Muyang;Ding Guocheng;Li Qi;Meng Qingyang;Liu Qiang;Duan Xiaoning;Hu Xiaoqing;Ao Yingfang
通讯作者:Ao Yingfang
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