关节软骨由于其独特的解剖学特征，其修复具有挑战性。关节软骨缺乏血管、神经和淋巴管，细胞密度低，细胞迁移有限，因此其天然的自我再生能力相当有限。临床上，关节软骨损伤的常见手术治疗包括微骨折手术，自体软骨移植和自体软骨细胞植入（ACI），每一种治疗方法都有其固有的局限性。

在软骨再生医学中，学者将目光聚焦于软骨类器官（CORG）上，CORG是一种三维体外细胞培养物，由一种或多种细胞类型组成，它们可以增殖和分化，模拟软骨组织的生理环境和功能，其具有天然软骨的关键特性。 

细胞贴附在3D TableTrix® 微载体上进行三维培养

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当涉及到选择细胞时，研究结果表明，向MSC中添加低百分比的软骨细胞可以促进表型稳定的软骨分化，从而抵抗外源性诱导的MSCs可以抵抗外源性诱导的软骨肥大分化，软骨肥大分化后容易丧失原有的抗压耐磨等生物学功能。目前，CORG的发展仍处于初级阶段，虽然已经构建了各种CORGs，但其经常发生向肥大软骨表型的分化。

近日，Journal of Orthopaedic Translation 在线发表了一篇题为“Construction of cartilaginous organoids based on cartilage extracellular matrix microcarriers to promote articular cartilage regeneration through immune regulation”的研究论文，该研究基于3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反应器，通过软骨细胞外基质源性微载体（CEMMs）负载人源脐带间充质干细胞（hUCMSCs）和低比例人源关节软骨细胞（hACs）构建CORGs。对CORGs进行鉴定，评估其异位软骨形成潜能，并分析其对SD大鼠膝关节软骨原位再生修复效果。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jot.2025.05.005

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Part 1

研究背景

CORG的构建需要模拟软骨细胞外基质（ECM）的支架，支持软骨细胞增殖并维持软骨细胞的生理功能。与合成物质相比，脱细胞的细胞外基质（ECM）具有固有的生物化学和机械信号，其对于调节细胞生长、维持稳态、影响细胞特性和影响胚胎发育以及细胞和器官稳定性至关重要。ECM不仅作为基质发挥作用，刺激活生物体中的组织修复，而且作为支架适用于整个组织的工程化在软骨组织工程中，ECM由于其良好的生物相容性、免疫相容性和为干细胞提供生态位而发挥重要作用。在这项研究中，ECM微载体支架用于构建CORGs。

3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反应器

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该研究在实验前期制备了软骨细胞外基质微载体（CEMMs）的基础上，通过3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反应器构建CORGs并进行相关鉴定。该生物反应器连接了微载体功能化与类器官成熟，通过动态培养策略，增强细胞在CEMMs上的存活、增殖与分布均一性并为后续软骨定向分化提供高活性细胞-微载体复合物从而支撑整个CORGs构建流程的标准化和可重复性。最终助力实现软骨类器官在体内外的成功生成及关节修复功能。

Part 2

 研究设计

基于软骨细胞外基质微载体（CEMMs）

构建软骨类器官（CORGs）的设计原理与流程示意图

CEMMs通过猪软骨脱细胞、湿法研磨及分级筛分技术制备而成。实验证实CEMMs能促进细胞增殖、迁移及巨噬细胞向M2型极化。CORGs由人脐带间充质干细胞（hUCMSCs）与人关节软骨细胞（hACs）共载构建，CORGs在免疫缺陷小鼠皮下成功形成软骨样组织，并有效修复了大鼠膝关节缺损。

Part 3

研究内容

CORGs的构建与相关鉴定

基于CEMMs构建功能化软骨类器官 (CORGs)

▲A. 构建CORGs的策略示意图。将 hUCMSCs 与 hACs 以 3:1 的比例混合，以总细胞数 2 × 104/mg 与 CEMMs 一同加入3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反应器。从第 -3 天到第 0 天使用 XPAN 培养基培养，第 0 天时移除培养基，将细胞置于超低吸附性 24 孔板中进行悬浮培养。随后加入软骨诱导培养基 (CDM)，培养 21 天。期间每三天更换一次 CDM 培养基。

▲B. 软骨形成发育阶段相关生物标志物的实时荧光定量 PCR分析。包括软骨形成相关标志物（SOX9、COL2A1、ACAN、COMP、COL5A1）、前肥大化/肥大化标志物（COL10A1、RUNX2、OSX）、终末肥大化标志物（MMP13）、成骨/成血管标志物（COL1A1、OCN、VEGF）在四个发育阶段的表达水平。

▲C. 不同时间段 CORGs 总胶原蛋白含量的定量分析。

▲D. 不同时间段 CORGs 糖胺聚糖 (GAG) 含量的定量分析。

▲E. 第 0 天和第 14 天 CORGs 的光学显微镜和扫描电子显微镜 (SEM) 图像。

CORGs在免疫缺陷小鼠皮下形成

新的软骨样组织

软骨类器官（CORGs）在体内形成新软骨组织

▲A. CORGs 与 GelMA 杂化材料的正面和侧面图像、杂化材料的活死细胞荧光染色图像、杂化材料的明场图像及钙黄绿素荧光染色图像。

▲B. 免疫缺陷小鼠皮下植入手术示意图/图像。

▲C. CORGs+GelMA 组和 GelMA 对照组新生软骨组织的大体观察。

▲D. CORGs+GelMA 组和 GelMA 对照组皮下移植物的组织学染色（H&E、甲苯胺蓝、II型胶原、番红O）。

▲E. CORGs+GelMA 组和 GelMA 组皮下移植物 SOX9 荧光染色的代表性免疫荧光图像。

▲F. CORGs+GelMA 组和 GelMA 组皮下移植物人源细胞核 (HuNu) 荧光染色的代表性免疫荧光图像。

基于CEMMs构建的CORGs可促进

大鼠膝关节软骨缺损再生修复

大体观察和显微CT成像评估及评分

▲A. 术后6周和12周股骨软骨大体观察。红色圆圈表示缺损区域。

▲B. 术后6周和12周软骨ICRS大体评估热图。

▲C. 术后6周和12周修复组织的ICRS大体评分。

▲D. 术后6周和12周修复软骨显微CT三维重建图像。红色圆圈表示缺损区域。

▲E. 术后6周和12周软骨缺损修复区域的骨密度（BMD）。

▲F. 术后6周和12周软骨缺损修复区域的骨体积分数（BV/TV）。

组织学与免疫组织化学评估

对术后6周和12周缺损区域进行的组织学（H&E、番红O和甲苯胺蓝染色）及免疫组化评估。蓝色实心箭头指示修复界面（N：正常软骨；R：修复软骨）

Part 4

研究结论

基于CEMMs（软骨细胞外基质源性微载体），通过3D FloTrix® microSPIN 6通道微型生物反应器开发了一种构建功能化CORGs（软骨类器官）的方法。体内研究证明，CORGs能够在皮下形成新的软骨样组织，并成功修复大鼠膝关节软骨缺损。

本研究开辟了利用软骨来源dECM（脱细胞基质）构建CORGs的新路径，从而拓展了dECM材料在类器官构建中的应用范畴。CORGs卓越的软骨再生功能表明其在软骨损伤治疗中具备临床转化潜力。

Part 5

研究应用材料及设备

3D TableTrix® 微载体

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① 更仿生：由数万颗弹性三维多孔微载体组成，孔隙率>90%，粒径大小可控于50-500μm区间， 均一度≤100μm，形成真正的3D仿生培养。

② 资质全：该产品已获得2项CDE药用辅料资质，登记号为【F20200000496；F20210000003】，3项FDA原料药及药用辅料资质，登记号为【DMF：037798、035481；MF：29721】

③ 易收获：特异性降解技术裂解微载体，收获相较于传统方式更高效更温和。

④ 更安全：拥有权威机构出具的裂解残留检测、细胞毒性、热原反应、遗传毒性、体内免疫毒理学相关质量评价报告以及溶血性、皮下注射局部刺激性、主动全身过敏性、腹腔注射给药毒性等安全性评价报告。

⑤ 易放大：通过3D培养方式，结合华龛生物3D细胞智造平台全线产品可以实现全自动封闭式大规模细胞培养，实现千亿量级细胞收获。

⑥ 更优质：通过3D多孔可降解微载体+ 动态培养技术，进行三维培养，优势显著——培养细胞体积更小、迁徙能力更强，同时具备更卓越的免疫调节和组织修复潜能。

3D FloTrix® microSPIN 

6通道微型生物反应器

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① 六位平行：可同时进行6种工艺条件探索验证，极大缩短研发周期。

② 多模式搅拌：循环搅拌，匀速搅拌，间速搅拌。

③ 十种工艺编程：可预设十种工艺，实现一键操作，便捷高效。

④ 自定义多孔位联动：支持孔位关联功能，实现平行过程控制。

⑤ 高精度控制：转速最小稳态误差控制在±1rpm以内，保证实验结果稳定性。

⑥ 抗磁场干扰技术：自主研发的抗磁场干扰技术，使每个孔位运行时互不干扰。

⑦ 复合散热设计：高导热材质，独立散热风道，维持细胞生长稳态环境。

⑧ 迷你机型：整体高度仅75mm，占用体积0.05m3，一台170L培养箱可放置4台microSPIN反应器，可同时进行24组对照实验。

⑨ 人性化设计：扁平数据线设计，更易从夹缝中穿出；30度倾角视窗设计，便于站立观察。

作者介绍

第一作者：蒋洪宇，男，西南医科大学与解放军总医院联合培养硕士，主要从事骨软骨损伤和组织工程修复研究。

通讯作者：阳运康教授，西南医科大学骨与关节外科主任医师，博士生导师 

通讯作者：彭江教授，中国人民解放军总医院骨科医学部研究所所长，全军骨科战创伤重点实验室主任，主任医师，博士生导师。

通讯作者：汪爱媛教授，中国人民解放军总医院骨科医学部研究所，研究员。长期从事骨软骨组织工程技术基础及临床转化研究。