《Biomaterials》：工程化骨痂类器官实现高效骨再生

研究概述

目前，临床治疗大面积骨缺损的方法存在一些问题，如愈合不完整和愈合周期过长。为了改善这些问题，研究者们采取了仿生策略，以期提高骨再生质量和速度。软骨内成骨是骨骼发育和修复的主要方式，基于此，浙江大学的Hongwei Ouyang团队在Biomaterials（12.8）上发表了“High-efficient engineering of osteo-callus organoids for rapid bone regeneration within one month”；本文报道了一种基于水凝胶微球的 3D 培养系统，该系统利用 3D 打印技术制备负载有骨髓间充质干细胞 (BMSC) 的水凝胶微球，并在软骨诱导培养基中诱导其分化，最终构建出具有发育过程中骨痂组织特征的“骨痂类器官”。该类器官在体内植入后能够有效促进骨缺损的快速修复，仅需 4 周即可实现新骨再生，显著缩短了骨缺损愈合时间。这项研究为骨再生领域提供了新的思路和方法，具有重要的临床应用价值。

生物3D打印在本研究中的作用

在该研究中，团队利用3D打印技术，成功制备了负载骨髓间充质干细胞（BMSCs）的水凝胶微球，并在体外诱导这些细胞分化，形成了类似骨痂的结构。这些微球在培养基中经过三周的诱导分化后，形成了与软骨内成骨过程相似的骨痂类器官（osteo-callus organoids），并在四周内实现了快速的原位骨再生。

主要内容

研究首先使用DLP 3D打印技术制作了含有hBMSCs的GelMA水凝胶微球，这些微球在体外培养中保持了良好的细胞活性和伸展。通过高效率的软骨诱导，这些微球在体外展现了软骨化到骨化的过程。

RNA-seq分析显示，这些微球在诱导过程中表现出了软骨内成骨特异性的基因表达模式，并且细胞同时发生了增殖和分化，这与软骨内成骨的细胞行为非常相似。

在裸鼠皮下注射这些骨痂类器官四周后，出现了明显的骨化和血管化现象。在兔子的长骨缺损修复实验中，这些器官在短短四周内就促进了新骨的生成，而传统方法通常需要2-3个月。

结论

总的来说，这项研究提出了一种基于水凝胶微球的3D培养系统，该系统在体外具有出色的BMSCs软骨分化能力，并且能够在转录水平上同时实现干细胞的增殖和分化，概括了参与软骨内成骨过程的干祖细胞的组成和行为。原位植入后，通过加速软骨内成骨的再生过程，实现了远快于常规方法的骨修复，表明这种基于发育或再生过程构建的骨痂类器官是骨缺损快速再生的有效策略。

文献原文：10.1016/j.biomaterials.2022.121741

文献链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142961222003817

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