基于血管化机制构建萎缩型骨不连类器官芯片与初步实验研究

来源：中华骨科杂志2023年第24期北京时间：

作者：胡衍,张浩,刘晗,周晨阳,刘金龙,李啸群,崔进,周启荣,王晓林,陈晓,王栋梁,苏佳灿

单位：上海大学,上海大学,上海大学,上海交通大学,上海大学,长海医院,长海医院,长海医院,上海交通大学,上海交通大学医学院附属新华医院,上海交通大学医学院附属新华医院,上海交通大学医学院附属新华医院

摘要：目的 构建基于血管化机制的骨不连类器官芯片，并探讨无菌性骨不连发生机制。方法 设计半开放微流控芯片，实现人骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stromal cells，BMSC）、人胚肺成纤维细胞（human fetal lung fibroblast 1，HFL1）与人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVEC）共培养，建立三维器官芯片体系。设置HFL1与HUVEC不同比例与BMSC共培养，分为对照组（HFL1∶HUVEC=1∶1）、纤维化组（HFL1∶HUVEC=3∶1）与血管化组（HFL1∶HUVEC=1∶3）。通过碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）、茜素红（alizarin red）染色观察BMSC成骨分化情况，qPCR分析成骨标志基因 、 、 、 及血管化相关基因 、 转录情况，Western blot检测成骨标志蛋白RUNX2和ALP表达水平。 结果 BMSC、HFL1和HUVEC共培养体系中BMSC正常生长且出现明显生物矿化行为，血管内皮细胞能够形成有序血管结构，证实体系构建成功。相较对照组，纤维化组BMSC成骨分化下降趋势不明显，矿化标志基因 和 相对表达量为0.55±0.19、0.42±0.27，差异均有统计学意义（ <0.05）；血管化组基因 和 下调，相对表达量为0.49±0.17、0.49±0.21，差异均有统计学意义（ <0.05）。相较对照组，血管化组BMSC成骨分化基因 、 、 和 上调，相对表达量分别为2.91±0.52、3.83±1.87、3.22±1.29和5.21±1.46，差异均有统计学意义（ <0.05）；血管化基因 、 上调，相对表达为8.24±2.84、5.32±1.67，差异均有统计学意义（ <0.05）。Western blot结果表明RUNX2、ALP在血管化组中表达增加，纤维化组中表达减少。 结论 骨不连类器官芯片能够部分模拟骨不连局部微环境，纤维化可能导致骨形成能力和血管化水平显著下降，是无菌性骨不连发生的潜在重要原因。

关键词：骨折，不愈合;类器官;新生血管化，病理性;器官芯片

基金资助：国家自然科学基金项目82302397