Biomaterials：关节响、疼得难受？新型仿生软骨类器官来帮忙，模拟真软骨实现精准修复！

在日常生活中，你是否留意到身边有关节问题的人越来越多？随着年龄增长、运动损伤或炎症侵袭，关节软骨很容易受损。关节软骨一旦受伤，由于自身缺乏自我修复能力，往往会逐渐退化，进而引发骨关节炎，全球超7%的人口都受其困扰。60岁以上人群中，15%有明显的骨软骨损伤迹象；在接受关节镜检查的人群里，约60%存在软骨病变。当前的临床治疗手段，如微骨折、骨软骨自体移植、异体移植和自体软骨细胞植入等，都面临着供体来源有限、并发症多和修复组织长期疗效不佳等难题。

在此背景下，组织工程学为关节软骨修复带来了新的曙光。近期，发表于Biomaterials的一项研究A multi-gradient organoid of articular cartilage with bionic matrix microenvironment，为关节软骨修复提供了极具潜力的解决方案——一种具有仿生基质微环境的多梯度关节软骨类器官。

该研究团队通过控制胶原水凝胶中纤维的取向，构建出从表层平行排列到深层随机分布的梯度结构，同时建立了硫酸软骨素的浓度梯度，模拟天然软骨的成分。将软骨细胞包裹在这个结构中，形成了“软骨类器官”。

图 1：受天然软骨结构和组织启发的类器官设计

研究结果令人振奋。在体外培养实验中，经塑性压缩处理后，类器官表层细胞密度增加、排列更加平行，且呈现扁平形态。尤为重要的是，对关节软骨功能耐久性至关重要的II型胶原和表层区蛋白（SZP），在表层区域被调控细胞特异性分泌。这表明，通过塑性压缩和成分梯度构建，成功模拟了天然软骨的细胞和基质分布特征。

图 2：体外培养4周后的组织——Ⅱ型胶原、聚集蛋白聚糖和表层区蛋白的相关染色及荧光强度分布

进一步的体内实验验证了该软骨类器官的有效性。将其皮下植入后，类器官在体内稳定保留了这些特殊特征，并且组织进一步成熟。在兔关节软骨缺损修复实验中，6 - 3mm软骨类器官组在植入6周后，成功实现了具有区域特异性特征的软骨组织再生。新生组织与周围天然软骨无缝整合，形成了有序的潮标结构，表层软骨细胞平行排列，硫酸化糖胺聚糖（sGAG）呈梯度沉积，II型胶原含量从表层到深层逐渐减少，与天然软骨特征高度一致。相比之下，未处理组和非压缩对照组的修复效果则不尽人意。

图 3：术后6周关节软骨修复的组织学评估

综合来看，这项研究通过塑性压缩调控胶原纤维取向、引入硫酸软骨素梯度，成功构建了仿生关节软骨类器官。该类器官在体外和体内均展现出优异的性能，能够有效模拟天然软骨的异质性特征，促进软骨组织的成熟和再生。这一成果为关节软骨修复提供了新的策略和方向，有望改善众多关节疾病患者的生活质量，在未来的临床应用中具有巨大的潜力。相信随着研究的深入和技术的发展，这一创新成果将为更多饱受关节病痛折磨的患者带来希望，推动关节软骨修复领域的进一步发展。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Wu Y, Jia Z, Sun K, Zhou G, Tao K. A multi-gradient organoid of articular cartilage with bionic matrix microenvironment. Biomaterials. Published online May 5, 2025. doi:10.1016/j.biomaterials.2025.123393