一作介绍

张显著，浙江大学医学院附属第一医院特聘研究员，硕士研究生导师。2018年至2022年在浙江大学欧阳宏伟教授课题组从事博士后研究，主要课题为骨损伤再生过程中关键干细胞亚群的鉴定与再生机制研究。长期从事基于生物活性成分及干细胞的骨、软骨组织工程方面的研究。已在NatureCommunications、Biomaterials、Advanced Healthcare Materials、Acta biomateralia、ACS AppliedMaterials·&-Interfaces、Joural-of-Orthopaedic Translation等SCI期刊发表学术论文24篇，累计被引用次数超过1179次，H指数13。

摘要

关节软骨损伤是全世界最常见的关节疾病之一，然而，部分厚度软骨缺损在临床环境中仍然是一个挑战。微粒可以为细胞迁移和增殖提供更多空间，从而促进细胞浸润和组织再生。因此，治疗部分厚度缺损的理想策略和精确技术是开发一步式、即用型粘合剂微粒，这些微粒可以直接粘附在湿关节软骨表面并重新填充不规则和残缺的缺损。小分子N-(2-氨乙基)-4-[4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基]-丁酰胺（NB）具有光触发基团变化的特性，可用于组织粘合剂。浙江大学欧阳宏伟团队制备了一种即用型 NB 修饰丝素蛋白微粒悬浮液，以粘附在关节表面（称为JS-Paint）。该研究以题为“Tissue-Adhesive Paint of Silk Microparticles for Articular Surface Cartilage Regeneration”的论文发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

研究内容

1、JS-Paint的制备和表征

使用NB修饰的丝素蛋白微粒（SFMs）制备了组织粘附剂JS-Paint。傅立叶变换红外光谱证实，NB已成功接枝在SFM上。SFM和JS-Paint的平均直径为100-150 μm。

图1 JS-Paint的制备方法 

图2 SFM 和 JS-Paint的化学结构和表征

2、JS-Paint对软骨的附着力

观察到均匀分布在软骨-JS-Paint 组表面的额外微粒多孔层。横截面的荧光图像显示软骨-JS-Paint组上有明显的附加蓝色荧光层。这些结果表明，JS-Paint可以成功地粘附在软骨表面。

图3 JS-Paint的软骨粘附性能

3、JS-Paint 增强细胞附着、增殖和迁移

细胞接种后 1 天，许多细胞均匀分布在 LAP-JS-Paint 表面上（图 4a）。LAP-JS-Paint 表面也显示出生物相容性和无毒性。在体外部分厚度缺陷模型中用JS-Paint（Defect-JS-Paint）进一步评估了软骨缺损（Defect）和软骨缺损处的细胞附着特性。结果表明软骨表面的JS-Paint可以大大改善细胞附着（图5b），且具有良好的细胞迁移特性（图5d）。

图4 JS-Paint 评估的细胞附着、活力和增殖

图5 增强了 Defect-JS-Paint的单元格附着和JS-Paint的单元迁移特性

4、兔子模型部分厚度缺损的软骨修复

在兔子模型的髌股沟上产生了部分厚度缺陷。分散的缺陷区域完全涂覆JS-Paint;未处理的部分厚度缺陷用作对照组（图6b）。手术6周后，JS-Paint处理组（Defect-JS-Paint）表面光滑，而对照缺陷组（Defect）的表面仍然比较粗糙（图6b）。国际软骨修复学会（ICRS）对Defect-JS-Paint组的宏观评分（7.47±1.18）显著高于缺损组（3.87±0.90）。组织学表明在修复过程中，Defect-JS-Paint组发生了明显的软骨再生。

图6 体内软骨再生的评估

图7 部分厚度软骨缺损模型的组织学分析

结论

该研究开发了新型的即用型组织粘合剂JS-Paint，它粘附在软骨表面，增强了部分厚度软骨缺损的修复和再生。JS-Paint 由丝素蛋白颗粒制成，可在软骨表面形成具有生物活性的柔性多孔环境。丝素蛋白微粒是这种自下而上技术的基石，还可以递送细胞、生化因子和基因，以提高软骨组织工程的效率。总而言之，这种新颖的即用型 JS-Paint 为未来早期和中期骨关节炎的治疗提供了一种革命性的方法。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.0c01776