供稿人：谢璇璇 高琳 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2022-10-21
半月板病变在临床医学中很常见，且由于半月板血管少，愈合能力欠佳，治疗方案以切除病变部位为主。在美国和欧洲，每年有超过150万人因半月板病变接受部分或全部半月板切除术。然而，失去半月板后，关节软骨受到高接触应力，可能导致膝关节炎和相关疾病的发展。因此，半月板组织工程成为治疗半月板损伤的潜在替代方案。
为解决这一难题，韩国浦项科技大学的研究人员开发了基于脱细胞半月板基质（me-dECM）生物墨水，并联合使用聚氨酯-聚己内酯聚合物（PU-PCL）进行3D复合打印，获得具有高可控性和长期结构稳定的人工半月板，其制造方案如图1 所示。完整的制造流程为：（1）通过磁共振成像扫描成年雄性新西兰白兔内侧半月板的解剖形状，并使用CAD进行重建以获得半月板结构。（2）根据所获得的模型，设计与新西兰白兔半月板外形相同、压缩模量和强度相当的多孔PU-PCL支架。（3）制备me-dECM生物墨水（4）通过多喷头系统，多孔PU-PCL支架打印与载hBMMSC细胞的生物墨水逐层沉积到多孔PU-PCL支架内交替进行，以克服me-dECM生物墨水的机械稳定性低的问题。最后，细胞打印的人工半月板在37°C下孵育30分钟可完全交联成型。
(a) 基于脱细胞半月板基质生物墨水的制造 (b) 半月板结构的3D复合打印
图1 半月板结构制造方案
使用去细胞化半月板细胞外基质（me-dECM）生物墨水与3D细胞打印技术的综合策略可以提供合适的纤维软骨微环境，与天然半月板具有最高的相似性，不仅具有良好的生物相容性和低免疫原性，而且能够促进hBMMSC细胞生长并向纤维软骨分化。此外，通过动物实验发现，由于植入后宿主细胞浸润和组织向内生长，人工半月板的拉伸性能（最大破坏负荷，弹性和极限强度以及韧性）逐渐增加，即具备人工半月板承受拉伸应力，维持结构完整能力。
总的来说，本研究所提的3D细胞打印技术和me-dECM生物墨水有助于在半月板再生的形状和微环境方面复现半月板组织特异性。