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公司新聞

前沿研究︱基於軟骨細胞外基質微載體構建軟骨類器官，通過免疫調節促進關節軟骨再生

分類：公司新聞
作者：韦德国际生物
來源：韦德国际生物
發佈時間：2025-07-31
訪問量：608

【概要描述】通過microSPIN 6通道微型生物反應器開發了一種構建功能化軟骨類器官的方法。

前沿研究︱基於軟骨細胞外基質微載體構建軟骨類器官，通過免疫調節促進關節軟骨再生

【概要描述】通過microSPIN 6通道微型生物反應器開發了一種構建功能化軟骨類器官的方法。

分類：公司新聞
作者：韦德国际生物
來源：韦德国际生物
發佈時間：2025-07-31
訪問量：608

詳情

【前言】

關節軟骨由於其獨特的解剖學特徵，其修復具有挑戰性。關節軟骨缺乏血管、神經和淋巴管，細胞密度低，細胞遷移有限，因此其天然的自我再生能力相當有限。臨床上，關節軟骨損傷的常見手術治療包括微骨折手術，自體軟骨移植和自體軟骨細胞植入（ACI），每一種治療方法都有其固有的局限性。

在軟骨再生醫學中，學者將目光聚焦於軟骨類器官（CORG）上，CORG是一種三維體外細胞培養物，由一種或多種細胞類型組成，它們可以增殖和分化，模擬軟骨組織的生理環境和功能，其具有天然軟骨的關鍵特性。

細胞貼附在3D TableTrix® 微載體上進行三維培養

當涉及到選擇細胞時，研究結果表明，向MSC中添加低百分比的軟骨細胞可以促進表型穩定的軟骨分化，從而抵抗外源性誘導的MSCs可以抵抗外源性誘導的軟骨肥大分化，軟骨肥大分化後容易喪失原有的抗壓耐磨等生物學功能。目前，CORG的發展仍處於初級階段，雖然已經構建了各種CORGs，但其經常發生向肥大軟骨表型的分化。

近日，Journal of Orthopaedic Translation 在線發表了一篇題為「Construction of cartilaginous organoids based on cartilage extracellular matrix microcarriers to promote articular cartilage regeneration through immune regulation」的研究論文，該研究基於3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反應器，通過軟骨細胞外基質源性微載體（CEMMs）負載人源臍帶間充質幹細胞（hUCMSCs）和低比例人源關節軟骨細胞（hACs）構建CORGs。對CORGs進行鑑定，評估其異位軟骨形成潛能，並分析其對SD大鼠膝關節軟骨原位再生修復效果。

原文連結：http://doi.org/10.1016/j.jot.2025.05.005

【Part1 研究背景】

CORG的構建需要模擬軟骨細胞外基質（ECM）的支架，支持軟骨細胞增殖並維持軟骨細胞的生理功能。與合成物質相比，脫細胞的細胞外基質（ECM）具有固有的生物化學和機械信號，其對於調節細胞生長、維持穩態、影響細胞特性和影響胚胎髮育以及細胞和器官穩定性至關重要。ECM不僅作為基質發揮作用，刺激活生物體中的組織修復，而且作為支架適用於整個組織的工程化在軟骨組織工程中，ECM由於其良好的生物相容性、免疫相容性和為幹細胞提供生態位而發揮重要作用。在這項研究中，ECM微載體支架用於構建CORGs。

3D FloTrix^® microSPIN 6通道微型生物反應器

該研究在實驗前期製備了軟骨細胞外基質微載體（CEMMs）的基礎上，通過3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反應器構建CORGs並進行相關鑑定。該生物反應器連接了微載體功能化與類器官成熟，通過動態培養策略，增強細胞在CEMMs上的存活、增殖與分佈均一性並為後續軟骨定向分化提供高活性細胞-微載體複合物從而支撐整個CORGs構建流程的標準化和可重複性。最終助力實現軟骨類器官在體內外的成功生成及關節修復功能。

【Part2 研究設計】

基於軟骨細胞外基質微載體（CEMMs）

構建軟骨類器官（CORGs）的設計原理與流程示意圖

CEMMs通過豬軟骨脫細胞、濕法研磨及分級篩分技術製備而成。實驗證實CEMMs能促進細胞增殖、遷移及巨噬細胞向M2型極化。CORGs由人臍帶間充質幹細胞（hUCMSCs）與人關節軟骨細胞（hACs）共載構建，CORGs在免疫缺陷小鼠皮下成功形成軟骨樣組織，並有效修復了大鼠膝關節缺損。

【Part3 研究內容】

CORGs的構建與相關鑑定

基於CEMMs構建功能化軟骨類器官 (CORGs)

▲A. 構建CORGs的策略示意圖。將 hUCMSCs 與 hACs 以 3:1 的比例混合，以總細胞數 2 × 104/mg 與 CEMMs 一同加入3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反應器。從第 -3 天到第 0 天使用 XPAN 培養基培養，第 0 天時移除培養基，將細胞置於超低吸附性 24 孔板中進行懸浮培養。隨後加入軟骨誘導培養基 (CDM)，培養 21 天。期間每三天更換一次 CDM 培養基。

▲B. 軟骨形成發育階段相關生物標誌物的實時熒光定量 PCR分析。包括軟骨形成相關標誌物（SOX9、COL2A1、ACAN、COMP、COL5A1）、前肥大化/肥大化標誌物（COL10A1、RUNX2、OSX）、終末肥大化標誌物（MMP13）、成骨/成血管標誌物（COL1A1、OCN、VEGF）在四個發育階段的表達水平。

▲C. 不同時間段 CORGs 總膠原蛋白含量的定量分析。

▲D. 不同時間段 CORGs 糖胺聚糖 (GAG) 含量的定量分析。

▲E. 第 0 天和第 14 天 CORGs 的光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像。

CORGs在免疫缺陷小鼠皮下形成

新的軟骨樣組織

軟骨類器官（CORGs）在體內形成新軟骨組織

▲A. CORGs 與 GelMA 雜化材料的正面和側面圖像、雜化材料的活死細胞熒光染色圖像、雜化材料的明場圖像及鈣黃綠素熒光染色圖像。

▲B. 免疫缺陷小鼠皮下植入手術示意圖/圖像。

▲C. CORGs+GelMA 組和 GelMA 對照組新生軟骨組織的大體觀察。

▲D. CORGs+GelMA 組和 GelMA 對照組皮下移植物的組織學染色（H&E、甲苯胺藍、II型膠原、番紅O）。

▲E. CORGs+GelMA 組和 GelMA 組皮下移植物 SOX9 熒光染色的代表性免疫熒光圖像。

▲F. CORGs+GelMA 組和 GelMA 組皮下移植物人源細胞核 (HuNu) 熒光染色的代表性免疫熒光圖像。

基於CEMMs構建的CORGs可促進

大鼠膝關節軟骨缺損再生修復

大體觀察和顯微CT成像評估及評分

▲A. 術後6周和12周股骨軟骨大體觀察。紅色圓圈表示缺損區域。

▲B. 術後6周和12周軟骨ICRS大體評估熱圖。

▲C. 術後6周和12周修復組織的ICRS大體評分。

▲D. 術後6周和12周修復軟骨顯微CT三維重建圖像。紅色圓圈表示缺損區域。

▲E. 術後6周和12周軟骨缺損修復區域的骨密度（BMD）。

▲F. 術後6周和12周軟骨缺損修復區域的骨體積分數（BV/TV）。

組織學與免疫組織化學評估

對術後6周和12周缺損區域進行的組織學（H&E、番紅O和甲苯胺藍染色）及免疫組化評估。藍色實心箭頭指示修復界面（N：正常軟骨；R：修復軟骨）

【Part4 研究結論】

基於CEMMs（軟骨細胞外基質源性微載體），通過3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反應器開發了一種構建功能化CORGs（軟骨類器官）的方法。體內研究證明，CORGs能夠在皮下形成新的軟骨樣組織，並成功修復大鼠膝關節軟骨缺損。

本研究開闢了利用軟骨來源dECM（脫細胞基質）構建CORGs的新路徑，從而拓展了dECM材料在類器官構建中的應用範疇。CORGs卓越的軟骨再生功能表明其在軟骨損傷治療中具備臨床轉化潛力。

【Part5 研究應用材料及設備】

3D TableTrix^®微載體

① 更仿生：由數萬顆彈性三維多孔微載體組成，孔隙率>90%，粒徑大小可控於50-500μm區間，均一度≤100μm，形成真正的3D仿生培養。

② 資質全：該產品已獲得2項CDE藥用輔料資質，登記號為【F20200000496；F20210000003】，3項FDA原料藥及藥用輔料資質，登記號為【DMF：037798、035481；MF：29721】

③ 易收穫：特異性降解技術裂解微載體，收穫相較於傳統方式更高效更溫和。

④ 更安全：擁有權威機構出具的裂解殘留檢測、細胞毒性、熱原反應、遺傳毒性、體內免疫毒理學相關質量評價報告以及溶血性、皮下注射局部刺激性、主動全身過敏性、腹腔注射給藥毒性等安全性評價報告。

⑤ 易放大：通過3D培養方式，結合韦德国际生物3D細胞智造平台全線產品可以實現全自動封閉式大規模細胞培養，實現千億量級細胞收穫。

⑥ 更優質：通過3D多孔可降解微載體+ 動態培養技術，進行三維培養，優勢顯著——培養細胞體積更小、遷徙能力更強，同時具備更卓越的免疫調節和組織修復潛能。

3D FloTrix^® microSPIN

6通道微型生物反應器

① 六位平行：可同時進行6種工藝條件探索驗證，極大縮短研發周期。

② 多模式攪拌：循環攪拌，勻速攪拌，間速攪拌。

③ 十種工藝編程：可預設十種工藝，實現一鍵操作，便捷高效。

④ 自定義多孔位聯動：支持孔位關聯功能，實現平行過程控制。

⑤ 高精度控制：轉速最小穩態誤差控制在±1rpm以內，保證實驗結果穩定性。

⑥ 抗磁場干擾技術：自主研發的抗磁場干擾技術，使每個孔位運行時互不干擾。

⑦ 複合散熱設計：高導熱材質，獨立散熱風道，維持細胞生長穩態環境。

⑧ 迷你機型：整體高度僅75mm，佔用體積0.05m3，一台170L培養箱可放置4台microSPIN反應器，可同時進行24組對照實驗。

⑨ 人性化設計：扁平數據線設計，更易從夾縫中穿出；30度傾角視窗設計，便於站立觀察。

【作者介紹】

第一作者：蔣洪宇，男，西南醫科大學與解放軍總醫院聯合培養碩士，主要從事骨軟骨損傷和組織工程修復研究。

通訊作者：陽運康教授，西南醫科大學骨與關節外科主任醫師，博士生導師

通訊作者：彭江教授，中國人民解放軍總醫院骨科醫學部研究所所長，全軍骨科戰創傷重點實驗室主任，主任醫師，博士生導師。

通訊作者：汪愛媛教授，中國人民解放軍總醫院骨科醫學部研究所，研究員。長期從事骨軟骨組織工程技術基礎及臨床轉化研究。

【關於韦德国际】

北京韦德国际生物科技有限公司成立於2018年，由清華大學生物工程學院杜亞楠教授科研團隊領銜創建，清華大學參股共建。核心技術源於清華大學科技成果轉化，並憑藉此項技術榮登中國科協「科創中國」先導技術榜。作為國家級高新技術企業、國家級專精特新「小巨人」企業、潛在獨角獸企業，更獲得國家科技部多項重點研發專項支持。

作為高質量三維細胞製造專家，韦德国际生物提供基於3D微載體的一站式定製化細胞規模化擴增整體解決方案，打造了原創3D細胞智造平台，實現規模化、自動化、智能化、密閉式的細胞藥物及其衍生品生產製備，以此幫助全球客戶建立最為先進的細胞藥物生產線。在開創【百億量級】幹細胞製備工藝管線後，加速向【千億量級】進發，致力於以3D細胞規模化智造技術賦能細胞與基因治療產業，惠及更多患者。