浙江大学陈晓等合作最新Science子刊

肌腱或韧带与骨的界面（TBI），即附着点，是肌腱或韧带（T/L）与骨之间的纤维软骨连接。该界面在将力从肌肉传递至骨或从骨传递至骨以实现关节运动方面起着关键作用。TBI断裂后，当前的临床标准是使用缝线支抗通过物理压迫将T/L重新附着于骨。

全球每年约进行150万例此类手术。然而，成功地将T/L重新附着于骨仍是一项重大的临床挑战，因为此过程导致的组织修复缺乏纤维软骨过渡区。由此形成的力学性能不匹配的T/L与骨之间的陡峭界面会产生应变集中，增加再失败风险，部分研究报告的再失败率高达94%。

与传统组织工程相比，原位组织工程生物材料可能更具临床转化潜力，其需要对物理和化学信号进行精确控制，以激活损伤部位的内源性干细胞和祖细胞。已有数种用于原位组织工程的生物材料投入临床使用，例如用于骨缺损的BONGOLD骨移植材料、用于皮肤缺损的Integra真皮再生模板等，为纤维软骨再生提供了有前景的途径。

通过仿生组成和微尺度结构，当前研究已在部分恢复纤维软骨结构方面取得进展。然而，TBI损伤后关节运动功能的恢复，特别是在大动物水平上，仍未实现。

1- 3纳米尺度纤维软骨的解码和仿生重建（图片源自 Science Translational Medicine ）

基于高精度仿生的生物支架展现出优异的组织再生性能，例如骨再生、软骨再生和神经再生。在纤维软骨组织中，原纤维部分浸没于矿物晶体中。然而，由于对纤维软骨组织三维（3D）纳米结构的认识有限，先前研究未能明确其矿物晶体与胶原原纤维之间的空间关系，阻碍了体外仿生重建进程。近年来，三维高分辨率（3D-HR）技术，特别是聚焦离子束-扫描电子显微镜（FIB-SEM），已被用于研究矿化组织。

本研究以2至3纳米的分辨率，利用FIB-SEM揭示了矿物颗粒在纤维软骨层中形成连续的跨原纤维相，且呈不连续分布。基于这一发现，应用了一种体外仿生矿化技术来复制矿化结构的超微结构特征，其特征是矿物质在原纤维内和原纤维外隔室中积累。此外，仿生矿化胶原（BMC）可为成骨诱导和骨生长提供优化的微环境。然而，BMC的矿物质含量及其影响纤维软骨组织再生的机制仍不清楚。

本研究基于对纤维软骨结构的解析结果，开发了一系列BMC基质作为附着点修复支架，其特征是晶体同时定位于原纤维内和原纤维外，且无机物含量质量百分比可调。

研究结果表明，具有受控无机物含量[33%矿物质含量（33MC）]的矿化胶原促进了多种动物附着点损伤模型（包括小鼠、大鼠、兔和山羊）中的纤维软骨愈合。在临床前评估中，与既定的临床标准和传统生物材料相比，33MC表现出更优的性能指标，凸显了其作为纤维软骨修复有效治疗策略的潜力。通过使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）和Gli1-CreERT2; mT/mG小鼠谱系示踪，发现33MC以矿化依赖性方式调节Hedgehog信号强度，进而上调Gli1表达。

这种调节调控了间充质祖细胞（MPCs）的分化并促进了纤维软骨愈合。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.ado6948