近日，上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院崔文國教授和同濟附屬十院蔡明教授的團隊合作開發了一種負載幹細胞的可注射水凝膠微載體，期望通過局部注射方式，實現骨質疏鬆局部組織的幹細胞骨修復。該團隊通過微流控技術，構建可精確控制的水凝膠多孔微球（該課題組可小量產），實現了幹細胞在多孔微球上的高活性負載，微創注射到骨質疏鬆區域原位促進松質骨重建。
圖1.負載幹細胞的多孔微球製備和幹細胞負載示意圖
骨質疏鬆是一種全身性疾病，發病率高，危害大。嚴重骨質疏鬆甚至會導致脊柱，髖部，肱骨近端等常見部位的骨折發生，威脅著老年人群的生命健康。目前抗骨質疏鬆主要通過口服全身給藥的方式逆轉骨丟失，藥物類型主要包括抑制骨吸收的雙膦酸鹽和促進骨形成的重組人甲狀旁腺激素。這種治療方式存在一定的弊端，長期全身給藥會大大提高不良反應的發生率，比如心血管風險，上頜骨壞死，甚至骨腫瘤的發生。同時，口服藥物的全身治療不能夠實現骨折高發部位的局部骨增強，在降低骨折發生率方面成效不夠顯著。骨質疏鬆在病理組織上主要表現為骨小梁厚度降低，間隙變寬。松質骨內部疏鬆的網狀結構為局部注射治療提供了可能。如何通過微創的局部注射方式促進骨形成成為了再生醫學一個重要的研究問題。
該團隊通過微流控的流速、溶液濃度等系列參數協同調節，精確控制水凝膠微球生成的尺寸，避免傳統方法生成微球不均一的缺陷。掃描電鏡顯示該技術生成的微球表面結構均一，孔徑分佈均勻，通過調節水凝膠濃度可以影響微球表面孔徑的大小。冰凍切片顯示微球內部同樣存在有分佈均勻的立體網狀結構，內部結構孔隙平均比微球表面孔徑大10-20μm左右。將幹細胞滴加在乾燥的多孔微球上，細胞伴隨溶液的吸附進入微球內部。當微球表面孔徑過大時，孔隙容易塌陷，閉合，影響細胞進入，孔徑過小時，細胞只能吸附在微球表面，不能有效進入微球內部。
圖2.傳統幹細胞交聯微球（P-CEM）和幹細胞多孔微球（F-CLM）中細胞的存活和增殖
圖3.BMSCs在傳統幹細胞交聯微球（P-CEM）和幹細胞多孔微球（F-CLM）中的成骨潛能
研究團隊通過構造股骨遠端骨缺損模型，將微球注射到骨組織缺損部位，觀察其促進新骨生成的能力。從而證明該載幹細胞多孔微球在體內具有很好的促進局部骨組織再生的能力。研究結果顯示，載幹細胞多孔微球在注射後1周和3周都表現出良好的骨再生性能。
圖4.微球注射後新生骨組織的組織形態學分析
以上研究成果近期以“Stem cell-laden injectable hydrogel microspheres for cancellous bone regeneration”為題，發表在《Chemical Engineering Journal》上。該工作得到了國家重點研究開發項目、國家自然科學基金等項目的資助。項目完成得到瑞金醫院/上海市傷骨科研究所鄧廉夫教授和骨科王蕾主任的指導和幫助。
蔡明教授，同濟大學附屬第十人民醫院博士生導師，主要從事骨質疏鬆骨折的微創治療、骨修復與再生以及肩肘關節損傷修復的相關研究。目前以第一/通訊作者發表SCI論文30多篇，專利4項，擔任International Orthopedics等多家雜誌的特約審稿人及評審專家。
主持包括國家自然科學基金項目在內的多項國家級課題；曾榮獲包括華夏醫學科技獎二等獎、上海市中西醫結合科技獎一等獎、中國中西醫結合科技獎三等獎等。目前擔任中國中西醫結合學會骨質疏鬆學組委員，SICOT中國部肩肘外科委員等多項學術兼職。
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崔文國教授，上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院博士生導師。主要基於轉化醫用材料，從事骨組織工程與骨關節修復重建的研究。以第一/通訊作者發表SCI論文110多篇（IF>10的20餘篇），專利40多項，引用5500多次、H=38。
任Mater Sci Eng:C和BMC Mater副主編，多本雜誌的編委和客座主編。曾獲國家級青年人才計劃、主持國家自然科學基金重點項目等課題，參與獲得上海市科技進步一等獎、教育部科學研究成果一等獎、二等獎等多次。任中華醫學會骨科基礎青年委員、生物醫學工程學會青年委員等。
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