本研究的背景是针对软骨自我修复和再生能力有限的问题，提出了一种利用骨髓来源的间充质干细胞（BMSCs）在模拟天然细胞外基质（ECM）的纳米纤维微载体（NF-MCs）中培养的微组织工程技术，以修复复杂形状的软骨组织缺陷。NF-MCs通过将二醛基细菌纤维素（DBC）与DL-羟基赖氨酸（DHYL）交联，以及通过静电相互作用复合壳聚糖（CS）与DHYL，来结构和功能上模拟天然ECM。这种正交设计允许精确调节纤维直径、孔径、孔隙率、机械性能和生物降解速率。
研究简介
本研究成功制备了模拟细胞外基质的纳米纤维微载体（NF-MCs），并对其结构和功能进行了详细的表征。通过调整DBC与DHYL和CS的比例，研究者们能够精细调控NF-MCs的多孔性、孔径、机械性能和生物降解速率。SEM图像显示，所有微载体都展现出多孔结构，而NF-MCs内部和外部显示出与纤维素相似的纤维结构。NF-MCs的孔隙率均超过80%，为细胞生长提供了充足的空间，并且孔径分布介于30至60微米之间，这被认为是细胞粘附和生长的最佳范围。
在细胞相容性方面，与CS-MCs相比，NF-MCs培养的BMSCs显示出更好的增殖潜力。通过共聚焦荧光显微镜图像和定量分析，发现BMSCs在NF-MCs中的细胞数量在7天内持续增加，且明显高于CS-MCs组。此外，NF-MCs能够促进细胞向其内部区域的迁移，这表明了NF-MCs在促进细胞增殖和迁移方面的优越性。
在体外实验中，NF-MCs与BMSCs共同培养，通过动态培养系统（RCCS）模拟微重力环境，成功构建了类似软骨的功能性微组织。这些微组织在植入大鼠膝关节软骨缺损模型后，显示出比单独的NF-MCs更好的软骨修复效果。通过细胞追踪、组织学、微型CT成像和步态分析等方法，研究者们评估了微组织在体内软骨修复中的效果。结果显示，微组织组在软骨修复方面的表现优于NF-MCs组，能够更好地填充软骨缺损，并且与周围正常软骨的整合性更好。
在组织学和免疫组化分析方面，微组织组显示出与正常软骨相似的II型胶原表达和胶原纤维排列，而NF-MCs组虽然也表现出一定的软骨修复能力，但与微组织组相比，其修复组织与正常组织之间的界限更为明显，且修复组织的胶原纤维排列不如微组织组规则。此外，微组织组在软骨修复相关基因（Acan、Sox 9、Col I和Col II）的表达水平上显著高于其他组，表明微组织在促进MSCs分化和软骨组织形成方面具有优势。
通过步态分析和微型CT评估，研究者们进一步证实了微组织在修复软骨缺损和促进软骨再生方面的效果。步态分析显示，微组织组在手术后的足迹强度恢复方面优于其他两组，表明其关节功能的恢复更好。微型CT分析显示，微组织组的骨体积/组织体积比和 trabecular 骨厚度值均高于其他两组，表明其在软骨下骨的再生方面也表现出色。
综上所述，本研究成功制备了一种新型的ECM模拟纳米纤维微载体（NF-MCs），并通过体外和体内实验验证了其在软骨组织工程中的应用潜力。特别是，通过微重力培养条件构建的功能性微组织在修复软骨缺损方面显示出显著的效果，为软骨再生提供了一种有前景的新方法。此外，这种仿生纳米纤维微球也可以作为其他细胞类型的载体，用于其他组织的再生。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.04.033
免责声明：「原创」仅代表原创编译，水平有限，仅供学术交流，本平台不主张原文的版权，如有侵权，请联系删除。文献解读或作者简历如有疏漏之处，我们深表歉意，请作者团队及时联系后台，我们会在第一时间进行修改或撤稿重发，感谢您的谅解！
