Int J Biol Macromol：柑橘果胶“变身”生物材料，融入3D打印助力软骨修复，关节疾病治疗迎来新希望！

在日常生活中，骨关节炎等关节疾病困扰着不少人，不仅影响正常活动，还降低生活质量。关节中的软骨一旦受损，自我修复能力较差，常规治疗手段效果有限。而软骨组织工程作为前沿研究领域，为软骨修复带来了新希望。

近期，发表于Int J Biol Macromol的一项研究Effect and potential mechanism of modified citrus pectin in 3D printing-based cartilage tissue engineering，聚焦改性柑橘果胶（MCP）在基于3D打印的软骨组织工程中的作用及潜在机制，为软骨修复提供了新思路。

改性柑橘果胶是一种低分子量、低酯化度且富含β-半乳糖的天然多糖，获得了美国食品药品监督管理局（FDA）的GRAS认证，安全性高。此前研究发现，MCP能与半乳糖凝集素-3（Gal-3）紧密结合，展现出抗炎、抗肿瘤、抗纤维化及免疫调节等多种生物活性，在生物医学领域备受关注。尤其在关节软骨损伤和骨关节炎治疗方面，MCP展现出独特潜力，可促进软骨细胞增殖、维持细胞表型，但具体机制尚未完全明确。

在本次研究中，研究人员首先利用兔膝关节部分厚度关节软骨缺损模型，证实了MCP的软骨保护作用。尽管MCP无法使缺损完全恢复，但与对照组相比，它能显著保留更多软骨细胞，增加糖胺聚糖（GAG）的染色强度，且这种保护作用呈剂量依赖性。

进一步研究发现，MCP可穿透软骨组织，进入软骨细胞，并在溶酶体中积累。实验显示，荧光标记的MCP随时间逐渐渗透到软骨外植体，24小时时几乎穿透整个外植体，且主要分布在软骨细胞内，与Gal-3共定位。同时，MCP对软骨细胞的增殖活性无显著影响，但能减少损伤诱导的软骨细胞死亡。

图 1：改性柑橘果胶（MCP）对部分厚度关节软骨（AC）缺损的影响

在体外连续传代培养实验中，MCP的优势更为突出。它能显著促进软骨细胞增殖，在第6代和第7代时，MCP处理组的相对增殖率分别达到对照组的近4倍和5倍。而且，MCP可维持软骨细胞的多边形或不规则形态，防止其在传代过程中发生去分化，同时上调II型胶原蛋白（COL2A1）、SOX9等基因表达，下调Gal-3、IL-1β等基因，有效维持软骨细胞合成II型胶原蛋白的能力。

图 2：MCP对第2至8代连续传代培养的软骨细胞增殖和基因表达的影响

研究人员还将MCP引入到基于甲基丙烯酸化明胶（GelMA）和透明质酸（HAMA）的水凝胶中，制备出可用于3D打印的生物墨水（GelMA/HAMA/MCP）。这种生物墨水具有良好的3D打印性能，其黏度随剪切速率增加而降低，温度在27°C以下时黏度较高，36°C左右时转变为溶液状态，且储能模量（G′）高于损耗模量（G″），能保证打印结构的稳定性。

3D打印的GelMA/HAMA/MCP支架具备适宜的微观结构和理化性质。扫描电镜显示其具有约500μm的多孔网络结构，利于软骨细胞黏附、迁移和增殖；傅里叶变换红外光谱证实MCP成功掺入支架；压缩模量测试表明，虽MCP含量增加会降低支架机械强度，但所有支架的压缩弹性模量仍在软骨形成的适宜范围内；支架的吸水膨胀率随MCP含量增加而升高，且在体外5天内降解率达85%左右，MCP含量越高降解越快；MCP从支架中释放呈现先快速后缓慢的特点，5天内基本完全释放。

图 3：GelMA/HAMA/MCP 3D打印支架的特性

细胞实验结果令人欣喜。所有GelMA/HAMA/MCP支架均无细胞毒性，且能显著促进软骨细胞增殖。转录组测序分析发现，GelMA/HAMA/MCP支架可调节软骨细胞的基因表达，上调与软骨形成、自噬等相关的基因通路，同时下调与炎症反应和软骨退变相关的基因，如Gal-3、MMP13等。组织学和免疫荧光染色显示，与GelMA/HAMA支架相比，GelMA/HAMA/MCP支架上的软骨细胞增殖更多，II型胶原蛋白沉积也更丰富。

图 4：MCP在组织工程软骨构建和关节软骨缺损修复中的潜在机制示意图

综上所述，该项研究表明MCP在基于3D打印的软骨组织工程中潜力巨大。它不仅能促进软骨细胞增殖、维持细胞表型，还可通过调节相关基因通路，为软骨修复创造有利环境。这一研究成果为软骨损伤和骨关节炎的治疗提供了新方向，有望推动相关治疗手段的进一步发展，为广大关节疾病患者带来福音。不过，从实验室研究到临床应用仍有很长的路要走，后续还需更多深入研究和验证。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Su D, He J, Yuan W, et al. Effect and potential mechanism of modified citrus pectin in 3D printing-based cartilage tissue engineering. Int J Biol Macromol. Published online May 7, 2025. doi:10.1016/j.ijbiomac.2025.144022