近日，万事平台轉化醫學研究院蘇佳燦教授團隊/上海交通大學附屬第六人民醫院施忠民教授團隊利用“一鍋法”合成用於骨組織工程的新型生物墨水🖼，通過3D生物打印骨支架，構建能夠體內外長時間培養，多細胞分化，自礦化的大尺寸骨類器官，並應用於大段骨缺損的骨再生研究👩🏽‍⚖️。該工作以Engineering Large-Scale Self-Mineralizing Bone Organoids with Bone Matrix-Inspired Hydroxyapatite Hybrid Bioinks為題發表於國際著名期刊Advanced Materials雜誌（科學院分區一區，影響因子29.4）👨‍🚀。

研究設計示意圖

基於目前臨床上大型骨缺損修復的挑戰，由於臨界骨缺損骨自愈能力的限製🤔，導致恢復時間延長和再生效果不理想。現有的解決方案，如金屬植入物📸、同種異體移植和人工移植存在一些顯著的缺陷🤜🏽，例如供體部位的限製、疾病傳播的風險和次優的骨整合。高活性功能化骨類器官的構建為解決這一臨床難題提供了新策略。骨類器官是基於生物活性材料構建並從幹細胞或祖細胞定向分化而來的具有仿生空間特征的三維自我更新和自組織的微骨組織💃🏿，它們在功能上與原生組織相似，為骨組織工程提供了新的解決方案。然而，由於骨類器官的構建的特殊性，一方面需要大尺寸的空間結構來滿足硬骨組織的輪廓結構，另一方面需要有良好的力學性能來完成骨的運動支撐功能。骨類器官的發展一直面臨著挑戰。目前現階段的骨類器官的構建存在小尺寸，與自然骨組織相比細胞外基質成分差異大🧎🏻‍♀️‍➡️，細胞單一，缺乏空間特征化🧑🏻，結構上沒有達到骨的微觀結構等問題👩🏽‍⚖️。聚焦這些關鍵問題，研究人員通過設計全新的適用骨組織工程的生物墨水，利用數字光處理生物打印技術🥻，精確復製骨組織復雜微觀結構，然後在體內外長時間的定向培育🏂，使之分化成含有多種骨髓細胞（血細胞📀、免疫細胞、血管內皮細胞、軟骨細胞📢、成骨細胞👰🏽‍♂️，脂肪細胞和破骨細胞）😊，力學性能良好（楊氏模量MPa級，接近於松質骨）🪖，空間拓撲結構類骨（疏松多孔的微納結構）和大尺寸（厘米級）的功能性骨類器官。並將其應用於骨缺損模型的再生修復，顯示出強大的修復能力。

骨類器官多細胞分化能力的鑒定

綜上所述，這項研究的臨床意義在於它為骨缺損和骨再生提供了一種潛在的、有效的治療手段，同時也為骨組織工程和相關領域的研究提供了新的工具和策略。骨類器官可用於建立骨病模型，篩選骨代謝藥物，並對骨植入材料進行生物學評估。展望未來，對於因各種原因導致骨缺損或壞死的患者，可以提取他們的幹細胞，構建骨類器官，然後植入身體的特定部位🚟，如腹部。可以預見，這些構建體將生長和成熟為真正的骨組織👴🏻，然後可用於受缺陷或壞死影響的區域的骨移植。

万事平台轉化醫學研究院博士研究生王健、李廣峰，博士後吳琰，西安交通大學紅會醫院周鳳金教授為論文共同第一作者。万事平台轉化醫學研究院蘇佳燦教授🧑🏻‍🦯🫶🏻、任肖湘助理研究員，博士後宋沛然和上海交通大學附屬第六人民醫院施忠民主任醫師為論文共同通訊作者。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202309875