基于白蛋白的双层支架用于软骨再生的概念验证研究

《Materials Today Bio》：A Proof-of-Concept Study of an Albumin-Based Bilayered Scaffold For Cartilage Regeneration

　　

软骨，特别是透明软骨，对于耳鼻喉区域（鼻、耳、喉和气管）的结构和功能完整性至关重要，但由于其无血管性质，表现出有限的再生能力。目前的临床策略，包括微骨折、自体软骨细胞植入和软骨移植，仍然受到整合不良、供区发病率以及形成纤维软骨而非透明软骨的限制。同时，大多数临床研究的支架依赖于异种胶原，引发了关于批次间变异性、免疫原性、监管负担和来源的担忧。这些局限性共同凸显了对更具临床转化性的自体、仿生和可扩展生物材料的需求。在此，研究人员报道了一种用于软骨组织工程的基于白蛋白的双层支架的概念验证，该支架采用盐辅助压实工艺，不使用化学交联剂，基于白蛋白自组装。该支架结合了一个支持细胞浸润和类软骨形成的多孔层，以及一个支持原位皮肤（耳廓）或呼吸（气管或鼻腔）上皮再生的光滑层。在这项研究中，接种在该支架中的人鼻软骨细胞显示出增殖、维持活力，并与富含II型胶原蛋白和聚集蛋白聚糖的类软骨细胞外基质（ECM）的产生有关。在裸鼠皮下植入后，支架显示出渐进式降解、组织整合以及与透明样软骨形成一致的特征。总体而言，这项工作表明，基于白蛋白的双层支架可能代表了一种有前景的软骨修复方法，并可能对鼻腔、耳廓和颅面重建的应用具有优势。需要在原位模型中进一步研究以评估其功能性能和临床相关性。

该研究针对耳鼻喉区域透明软骨因无血管特性导致再生能力有限，现有临床策略及胶原基支架存在供区发病率、免疫原性等局限，开展基于白蛋白的双层支架用于软骨再生的概念验证研究，论文发表于《Materials Today Bio》。研究人员开发了一种采用盐辅助压实工艺、无化学交联剂的基于白蛋白的双层支架，结合多孔层（支持细胞浸润和类软骨形成）与光滑层（支持上皮再生）；通过体外人鼻软骨细胞（HNCs）培养及裸鼠皮下植入实验，发现支架可支持细胞增殖、维持活力，促进富含II型胶原蛋白和聚集蛋白聚糖的类软骨ECM产生，体内实验显示支架渐进式降解、组织整合及透明样软骨形成特征，表明该支架有望成为鼻腔、耳廓和颅面重建的软骨修复方法，但需原位模型进一步验证功能。

关键技术方法包括：盐辅助压实工艺制备双层支架（光滑层与多孔层）；人鼻软骨细胞（HNCs）分离自鼻中隔活检组织；体外增殖培养基（含FGF-2、TGF-β1）和分化培养基（含抗坏血酸、地塞米松、TGF-β3）培养；裸鼠皮下植入模型评估体内生物相容性及软骨形成；扫描电子显微镜（SEM）、显微计算机断层扫描（μCT）表征支架形态；苏木精/伊红（HE）、阿尔新蓝（AB）、番红O（SO）染色及I型、II型胶原蛋白、聚集蛋白聚糖免疫组化分析组织学特征；伯尔尼组织学评分（0-9分）半定量评估组织质量。

研究结果：（1）Albumin-Based Scaffolds are Tunable Porous Scaffolds for Tissue Engineering：通过盐辅助压实工艺制备的双层支架，光滑层维持结构完整性，多孔层具球形开放孔隙（孔径40-760μm，平均307±13μm，孔隙率78.1±4.4%），水吸收呈双指数动力学（平衡时257±17%），为细胞浸润提供适宜环境。（2）In Vitro Cell Viability, Cell Spreading, and Proliferation Occur Throughout the Albumin-Based Scaffold：支架提取物无细胞毒性（ISO 10993-5）；α-聚赖氨酸（α-PLL）涂层改善细胞黏附，第14天活细胞信号增加5.3倍，表明支架支持细胞存活与增殖。（3）Human Nasal Chondrocytes Show Proliferation and Undergo Chondrogenic Redifferentiation In Vitro on Bilayered Albumin-Based Scaffolds：HNCs接种后第7天细胞数量增加、分布均匀；体外分化4周后，sGAG含量从25.1±2.1增至61.1±6.4μg/mL，II型胶原蛋白和聚集蛋白聚糖表达增强，I型胶原蛋白低表达，显示软骨基质沉积。（4）Albumin-Based Scaffolds Support Cell Viability and Are Biocompatible with Host Tissue：裸鼠皮下植入后，支架2-3个月降解，伴随新生组织形成；宿主反应温和，形成薄纤维囊，CD68+巨噬细胞密度降低，血管化限于表面，符合软骨低血管特性。（5）Albumin-Based Scaffolds Enhance Cartilage Regeneration In Vivo From HNCs：植入8周后，组织宏观类似软骨，HE显示陷窝样结构，AB/SO及II型胶原蛋白、聚集蛋白聚糖染色阳性，伯尔尼评分G2.8达7.17±0.92，G4.8达6.43±0.81，6个月长期植入评分8.75±0.19，接近天然透明软骨；组织呈外周区（PZ，胶原I阳性）和中心区（CZ，类软骨细胞形态）分区结构。

讨论与结论：支架支持细胞活力且无细胞毒性；体外HNCs培养显示透明样软骨基质特征（II型胶原蛋白、聚集蛋白聚糖）；体内植入显示适度炎症反应，随时间组织成熟，形成类软骨组织分区结构。结论：开发的基于白蛋白的双层支架结合光滑层（利于操作、防止细胞流失）和多孔层（支持细胞浸润、ECM沉积），支持细胞活力，体外促进HNCs软骨基质产生，体内显示渐进降解与组织成熟，为耳鼻喉软骨组织工程提供平台，但需临床相关条件下进一步验证。