一、优化设计的Ⅰ型胶原基水凝胶可调控骨髓间充质干细胞沿成软骨细胞系方向分化

软骨损伤的修复是再生医学中的难点之一。由于软骨独特的组成与结构特点，软骨缺损的自我修复能力十分有限。虽然关节灌洗术、微骨折技术、同种异体软骨移植等解决了部分患者的困难，但是，关节软骨修复区域的复杂动态变化往往使再生组织出现退化，丧失关节软骨的表型，因而失去负重功能。近年来，以组织工程为基础的软骨修复技术逐步得到发展，利用可降解吸收的支架材料接种软骨细胞或干细胞，构建组织工程软骨，已经取得较好进展。为了获得理想的组织工程化软骨，多种可降解吸收材料均被用于尝试调控软骨细胞的表型和干细胞的软骨分化，如胶原、透明质酸、硫酸软骨素、海藻酸、丝素蛋白等天然高分子材料，以及聚乳酸（polylactic acid，PLA）、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（polylactic-co-glycolic acid，PLGA）、聚己内酯（polycaprolactone，PCL）等人工合成高分子材料。这些材料被用于制备多孔支架、纤维、薄膜、凝胶等多种形式的载体，支持细胞的增殖和分化。但软骨分化诱导条件不确定、再生组织表型不稳定、易于去分化以及外源性生长因子的安全性风险等问题，导致实际应用中的巨大局限性。因此，如何诱导关节软骨的再生，并维持再生软骨的表型稳定是目前亟待解决的问题。赋予软骨支架（或基质）以生物功能可能有助于维持再生关节软骨表型及稳定问题。

2009年首次发现Ⅰ型胶原基水凝胶可通过优化设计调控骨髓基质干细胞（BMSC）向成软骨细胞系分化，诱导类关节软骨形成。下图为研究Ⅰ型胶原基水凝胶诱导BMSC向成软骨细胞系分化的扩散盒模型（图1-14）。所谓扩散盒是一种允许体液渗透而不允许细胞进入的容器。将Ⅰ型胶原基水凝胶与BMSC混合后，置入扩散盒中，再植入兔的皮下，发现类关节软骨形成。但如果扩散盒内仅封装Ⅰ型胶原基水凝胶或BMSC，取出后观察到封装物消失。

图1-14　皮下植入的扩散盒内Ⅰ型胶原基水凝胶复合BMSC可向软骨分化

BMSC.骨髓基质干细胞；ColⅩ.collagen typeⅩ，Ⅹ型胶原蛋白；ColⅡ.collagen typeⅡ，Ⅱ型胶原蛋白；AGC.aggrecan，聚蛋白聚糖；β-actin，β-肌动蛋白。

为验证Ⅰ型胶原基水凝胶作为软骨支架（基质）的软骨组织工程修复效果，进行了50只贵阳小香猪膝关节软骨缺损统计学修复实验，疗效良好（图1-15）。

基于上述研究，胶原基水凝胶作为软骨支架基质的临床试验正在进行，初步结果良好（图1-16）。

图1-15　50只贵阳小香猪膝关节软骨缺损处胶原基水凝胶+BMSC修复效果

图1-16　胶原基水凝胶作为支架（基质）修复关节软骨缺损的初步临床试验