通过模拟内软骨骨化过程，结合中胚层前体细胞来构建具有血管前体的类骨组织

《Stem Cell Research & Therapy》：Construction of pre-vascularized bone-like tissue by incorporation of mesodermal progenitor cells through simulating endochondral ossification

摘要

背景

预血管化的软骨能够促进骨再生（软骨内成骨）并加速骨缺损的愈合。尽管目前的策略主要集中在软骨细胞与内皮细胞的共培养上，但成熟的内皮细胞会抑制必要的成骨转化。为了解决这个问题，我们采用了人类诱导多能干细胞（hiPSCs）衍生的中胚层前体细胞（iMPCs）进行共分化。通过将这些iMPCs与hiPSC衍生的软骨细胞（Chos）进行3D共培养，我们制备了预血管化的软骨聚集体，并评估了它们的成骨潜力。这种方法为修复骨缺损提供了新的见解和潜在策略。

方法

hiPSCs被分化为iMPCs（其特征为FLK1(VEGF-R)表达、CD31/vWF免疫荧光、管状结构形成以及流式细胞术检测），而Chos则通过SOX9/COL2/ACAN qRT-PCR、Alcian blue染色和VEGF165 ELISA进行确认。在超低附着板上，将iMPCs与Chos进行3D共培养以生成预血管化聚集体（单培养作为对照）。14天后，我们在体外评估了这些聚集体的血管化情况（CD31免疫荧光）、基因/蛋白质表达（IHH、ALP、COL1A1的qRT-PCR/免疫荧光）以及矿化程度（Alizarin Red染色）。通过将聚集体植入大鼠颅骨缺损处，并在4周和8周时通过Micro-CT、组织学（H&E、Masson’s trichrome）和新生血管形成（CD31免疫组化）来评估体内的成骨情况。

结果

iMPCs表现出较高的内皮细胞潜能，诱导率为52.84%，并且能够形成管状结构。共培养的聚集体在体外形成了广泛的CD31?血管网络。预血管化显著促进了软骨细胞肥大（IHH表达增加）、早期成骨（ALP活性和COL1A1表达升高），并且与对照组相比，体外矿化程度也有所增强（*p?p?

结论

我们的研究结果表明，这种利用中胚层细胞的血管化方法能够在体外成功实现软骨聚集体的预血管化，同时促进软骨细胞肥大和早期成骨转化。体内研究表明，与单独的软骨聚集体相比，预血管化的软骨聚集体具有更发达的血管系统，并且骨形成能力更强。