用于诱导抗炎表型及软骨/骨界面再生的3D打印含铜生物活性玻璃陶瓷支架

供稿人:王宇涛，贺健康

骨关节炎不仅导致软骨病变，还伴有由炎症反应引起的软骨下骨损伤。通过调节免疫反应来治疗骨关节炎具有重要意义。由于铜元素在免疫反应和抗关节炎中起着至关重要的作用，因此掺入铜的生物活性玻璃陶瓷（Cu-BGC）可以达到治愈软骨病变和减少骨关节炎引起的炎症反应的目的。

中国科学院上海陶瓷研究所连同南京第一医院和南京医科大学的研究人员采用3D打印的方法成功制备了Cu-BGC支架。并研究了Cu-BGC支架对所培养的软骨细胞和巨噬细胞的刺激作用以及对骨和软骨缺损的体内再生作用。

体内和体外的相关研究结果表明向BGC支架中掺入Cu2+可显着促进软骨细胞的增殖和成熟，并诱导巨噬细胞转变为抗炎表型。组织学分析表明，与CTR和BGC组相比，Cu-BGC支架显着改善了软骨的再生并提高了骨软骨界面的恢复。

图1.在BGC和Cu-BGC支架中培养的支架结构和软骨细胞的形态。 BGC（A）和Cu-BGC（E）支架的总体形态。BGC（B）和Cu-BGC（F）支架的SEM图像。在BGC（C）和Cu-BGC（G）支架中接种后的软骨细胞的SEM图像，在BGC（D）和Cu-BGC（H）支架中接种后的软骨细胞的CLSM图像。与BGC支架相比，Cu-BGC支架中的软骨细胞显示出更好的微丝形态。

图2.术后8周和12周的体内软骨和软骨下骨再生情况。A1-3和D1-3：CTR组，B1-3和E1-3：BGC组，C1-3和F1-3：Cu-BGC组。(G1-L3）术后8周（G1-I3）和12周（J1-L3）的H＆E染色。 G1-3和J1-3：CTR组，H1-3和K1-3：BGC组，I1-3和L1-3：Cu-BGC组。蓝色、红色以及黑色、分别代表骨、软骨及支架。

本研究所制备的Cu-BGC支架具有稳定释放的Cu2+离子的能力，来自Cu-BCG的含铜离子产物可以有效刺激软骨细胞的成熟。Cu-BGC支架改善了软骨的再生并促进了骨软骨界面的构建，而巨噬细胞中的抗炎细胞因子可减少软骨组织的损伤。研究表明，Cu-BGC支架具有调节体外免疫反应和促进骨软骨组织再生的能力，这是预防与骨软骨缺损相关的骨关节炎发展的可行策略。

参考文献：
Rongcai Lin, Cuijun Deng2, Xuxiang Li, Yaqin Liu, Meng Zhang, Chen Qin2, Qingqiang Yao,Liming Wang1, Chengtie Wu2，Copper-incorporated bioactive glass-ceramics inducing anti-inflammatory phenotype and regeneration of cartilage/bone interface[J]. Theranostics，2019;9(21):6300-6313.

供稿人:王宇涛，贺健康 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室