中国科学家建立炎症性软骨类器官模型为骨关节炎治疗提供新思路

作者及发表信息
本研究由中日友好医院骨科Yanchao Zhang、Qing Fang、Yue Peng等团队合作完成，通讯作者为Weiguo Wang和Ruichen Ma。论文发表于*Journal of Orthopaedic Translation*（2025年5月），标题为《Establishment and characterization of an inflammatory cartilaginous organoids model for organoid transplantation study》。

学术背景
骨关节炎（Osteoarthritis, OA）是一种以关节炎症微环境和软骨缺损为特征的退行性疾病，全球患者超过5亿，但目前缺乏有效的早期治疗手段。近年来，类器官（Organoids）技术因其能模拟器官三维结构和功能的特点，成为组织工程和再生医学的研究热点。然而，软骨类器官（Cartilaginous Organoids）的标准化构建方法仍存在争议，尤其是炎症微环境对类器官移植成功率的影响尚未明确。本研究旨在解决两个核心问题：
1. 验证骨髓间充质干细胞（BMSCs）在三维（3D）环境中分化的软骨类器官是否具有严格类器官特性；
2. 建立炎症性软骨类器官模型，揭示炎症微环境对类器官移植的潜在影响机制。

研究流程与方法
1. BMSCs提取与培养
- 从4周龄SD大鼠股骨和胫骨中提取BMSCs，通过离心法形成细胞团块，并在软骨分化培养基中诱导28天，形成类器官。
- 样本量：每组5个类器官，实验重复3次。

1. 类器官表征

   • 组织学染色：阿尔新蓝（Alcian Blue）和番红O（Safranin O）染色显示类器官富含关节软骨细胞外基质（ECM），与天然软骨相似。
     
   • 免疫荧光：检测到软骨特异性标志物Aggrecan（Acan）和II型胶原（Col2a1）的高表达。
     

2. 炎症模型构建

   • 用白细胞介素-1β（IL-1β）刺激类器官24小时，模拟OA关节的炎症微环境。
     
   • 通过RNA测序分析基因表达变化，发现细胞黏附和ECM形成相关通路下调，而炎症因子IL-6、TNF-α、CCL2和CXCL1显著上调。
     

3. 类器官移植验证

   • 在大鼠股骨髁制造1mm直径的软骨缺损，移植类器官后6周评估修复效果。
     
   • 结果：移植组缺损被类器官完全修复，且新生组织为透明软骨而非纤维软骨（通过组织学染色证实）。
     

4. 数据分析

   • 采用DESeq2进行差异基因分析，GSEA（基因集富集分析）和KEGG通路分析揭示炎症对ECM的调控机制。
     
   • 创新点：首次结合转录组学和功能实验，系统评估炎症对类器官的影响。
     

主要结果
1. 类器官特性验证
- 直径约1.5mm的类器官表现出与天然软骨相似的ECM组成（阿尔新蓝染色阳性区域占80%-90%）和分子标志物表达。
- 移植实验证实其修复能力，缺损部位再生为透明软骨（图3）。

1. 炎症模型的关键发现

   • IL-1β导致ECM相关基因（如Col2a1）下调，炎症因子（IL-6、TNF-α）上调（图5）。
     
   • PPI（蛋白质互作网络）分析显示CCL2和CXCL1是炎症调控的核心节点（图6）。
     

2. 机制阐释

   • 炎症通过抑制细胞黏附（如Focal Adhesion通路）和ECM组装，降低类器官的再生潜力。
     

结论与价值
1. 科学意义
- 首次建立标准化BMSCs来源的软骨类器官模型，并明确其修复潜力；
- 揭示炎症微环境通过CCL2/CXCR2等通路损害类器官功能的机制，为优化移植策略提供靶点。

1. 应用前景
   
   • 该模型可作为OA药物筛选平台，或联合CCR2拮抗剂（如阻断CCL2）提高移植成功率；
     
   • 论文被列为*Journal of Orthopaedic Translation*“器官芯片与类器官”特刊重点文章。
     

研究亮点
1. 方法创新：开发无支架离心管培养法，实现类器官高效、低成本规模化生产；
2. 模型价值：首个炎症性软骨类器官模型，填补了OA体外三维研究的空白；
3. 跨学科整合：结合转录组学、组织工程和动物实验，系统性解析炎症-ECM调控轴。

补充价值
- 研究获中日友好医院精英医学人才项目和国家高水平医院临床研究基金支持；
- 动物实验符合ARRIVE指南和中国《实验动物管理条例》伦理要求（批准号ZRYHYY61-24-02-27）。

（全文约2000字）