BMT 新刊速递｜北京大学深圳医院张新涛教授、林健静博士团队：未来展望：骨/软骨类器官技术的进展及其临床潜力

近期，北京大学深圳医院运动医学与康复医学中心李灿锋博士、林健静博士、张新涛教授团队在期刊Biomaterials Translational上发表综述文章Future perspectives: advances in bone/cartilage organoid technology and clinical potential

文章讨论了骨/软骨类器官在再生医学、疾病研究和个性化治疗策略方面的意义，提出了类器官作为增强软骨修复和骨再生的有前途的途径。骨/软骨类器官未来将在骨/软骨疾病的治疗中发挥更大的作用，推动生物组织工程的进步。

研究内容简介

一、1.研究背景

骨与软骨组织是人体运动系统的关键组成部分，然而，骨关节炎等疾病严重影响着人们的生活质量。传统的治疗方法存在局限性，因此迫切需要创新的治疗手段。类器官技术作为一种新兴的生物技术平台，为骨与软骨疾病的建模和治疗提供了新的希望。

二、研究目的

本研究旨在探讨骨与软骨类器官技术的最新进展，重点分析干细胞、生物材料和外部因素在类器官发育中的作用，并讨论其在再生医学、疾病研究和个性化治疗策略中的应用前景。

三、前言

文章强调骨和软骨组织对于人体运动系统的关键作用，同时指出骨关节炎等关节疾病对全球人口健康的重大影响，传统治疗方法存在局限性，迫切需要开发更先进的体外生物模型。作者指出，类器官技术在骨/软骨疾病研究中具有广阔的应用前景，特别是基于干细胞的类器官技术在疾病建模和治疗方面展现出巨大潜力。

四、细胞类型

干细胞是类器官构建的核心要素，多能干细胞（PSCs）和成体干细胞在模拟和再生骨/软骨组织方面具有重要应用。间充质干细胞（MSCs）在再生医学中占据重要地位，其来源广泛，具有独特的生物学特性和强大的再生能力，因其自我更新和多向分化潜能而备受关注，可从骨髓、脂肪和滑膜等组织中获取。多能干细胞（PSCs）包括胚胎干细胞（ESCs）和诱导多能干细胞（iPSCs），具有无限自我更新和多向分化的特性，在骨/软骨类器官构建中应用广泛。此外，永生化细胞和成体细胞等其他类型的细胞也显示出在构建骨/软骨类器官方面的潜力。

图1. 间充质干细胞构建类器官

图2. 由多能干细胞构建类器官

图3. 由其他细胞构建类器官

五、生物材料

外部因素对类器官的形成和功能具有重要影响，包括生物因素和化学信号、物理刺激等。生物因素和化学信号如关键信号分子（BMP、生长因子、Wnt等）对细胞聚集、分化和组织形成起着关键作用。物理刺激（如机械力、电刺激、低氧环境等）也有助于软骨类器官的形成和功能发挥，能够更好地模拟体内环境，提高类器官的成熟度和功能性。

图4. 由天然材料建造类器官

图5. 由合成材料建造类器官

六、类器官外部因素

外部因素对类器官的形成和功能具有重要影响，包括生物因素和化学信号、物理刺激等。生物因素和化学信号如关键信号分子（BMP、生长因子、Wnt等）对细胞聚集、分化和组织形成起着关键作用。物理刺激（如机械力、电刺激、低氧环境等）也有助于软骨类器官的形成和功能发挥，能够更好地模拟体内环境，提高类器官的成熟度和功能性。

七、类器官组装技术

1)  自组装技术：通过特定的生物材料和培养条件，诱导干细胞自发分化和形成类器官。

2)  3D打印技术：精确控制类器官的形状和结构，实现复杂组织结构的构建。

3)  微流控技术：提供高度可控的培养环境，模拟体内生理条件。

4)  生物材料的影响：不同的生物材料对类器官的形成和成熟度有显著影响。例如，海藻酸盐基水凝胶促进了MSCs的软骨和骨再生，而壳聚糖在抗炎和代谢调节方面表现出色。

5)  应用：类器官技术在生物医学研究领域具有变革性影响，特别是在骨/软骨再生领域。在骨再生方面，MSCs与特定生物材料结合的应用取得了显著进展。类器官技术在透明软骨再生中也展现出巨大潜力，创新的培养策略成功模拟了软骨的自然再生过程。此外，类器官技术在药物筛选中具有重要应用价值，特别是在骨疾病治疗研究中。精准医疗是类器官技术的另一个重要应用方向，利用患者来源的类器官可以深入了解个体之间的遗传异质性，为个性化医疗提供支持。

八、结论与展望

类器官技术在骨/软骨损伤和疾病治疗中具有巨大潜力，特别是在骨关节炎的治疗中。然而，类器官研究也面临一些挑战和局限性，如类器官与人类组织之间的差异、长期稳定性和功能性维持的挑战等。未来，类器官技术有望与3D打印、微流控和基因编辑等先进技术结合，创建更复杂的疾病模型和定制治疗策略，推动再生医学和精准医疗的发展。

论文第一/通讯作者简介

黄境涛（第一作者）：

汕头大学运动医学2024级专业型研究生

李艾康（共一作者）：

汕头大学骨科学2022级专业型研究生

梁荣基（共一作者）：

汕头大学骨科学2024级专业型研究生

李灿锋（通讯作者）：

医学博士，主治医师，硕士研究生导师，深圳市卫健委菁英医学人才。国际矫形与创伤外科协会（SICOT)成员，广东省临床医学会医体融合学组秘书，广东省医师协会运动医学分会委员，广东省中医管理分会骨科委员，北大运动医学科广东省青年文明号秘书。主持广东省自然科学基金面上项目1项，北京大学深圳医院院级项目1项。以第一作者发表论文10余篇，国外SCI期刊10篇，国内核心期刊9篇。

林健静（通讯作者）：

医学博士，主治医师，硕士研究生导师，深圳市特聘人才，骨科生物材料国家地方联合工程研究中心成员，北京大学深圳医院运动医学科科研负责人。Biomaterials Translational、Exploration、Cell Proliferation、Nano TransMed杂志青年编委，Cell transplantation、Frontiers in Medicine杂志客座编辑，中国医学装备协会组织再生分会第一届委员，中国医学装备协会组织再生分会骨关节再生修复团队成员，中国老年骨科分会创新与转化学组委员，广东省生物医学工程学会生物3D打印与再生医学分会青年委员会委员，广东省医学会运动分会基础学组成员，深圳市健康促进协会第一届老年运动健康促进专业委员会委员。目前主持广东省基础与应用基础研究基金企业联合基金2项，深圳市基础研究专项（自然科学基金）基础研究面上项目1项，骨伤科青年医师创新发展项目——中西医联合防治骨伤科疾病的基础与临床研究1项，以第一作者或者通讯作者在Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal、Cellular & Molecular Biology Letters、Journal of Orthopedic Translation等杂志发表SCI论文20余篇，担任Small、Journal of Nanobiotechnology、Research、Acta Biomaterialia、Journal of Orthopedic Translation等20余本杂志审稿人。师从我国著名骨科专家林剑浩教授及曾晖教授，从事骨关节炎和软骨损伤修复的临床基础研究及生物材料转化应用。

张新涛（通讯作者）：

医学博士，主任医师，教授，博士生导师，北京大学深圳医院运动医学与康复医学中心主任、运动医学科主任，国家临床重点专科学术带头人，国际关节镜-膝关节外科-骨科运动医学协会（ISAKOS）关节镜手术与运动康复（中国华南）教育培训中心主任。现任中华医学会运动医疗分会运动康复学组副组长、中国医师协会骨科医师分会关节镜学组委员、中华医学会运动医疗分会讲师团成员、中国田径协会运动健康专家智库成员、广东省医师协会运动医学医师分会副主任委员、国家体育科普基地主任、深圳市运动医学质量控制中心主任、民政部康复辅助器具（深圳）重点实验室主任、深圳市骨科康复与运动康复专科联盟理事长。广东省杰出青年医学人才、广东省十大科学传播达人、深圳市卫生健康特聘人才，深圳市卫生健康菁英人才、深圳市医管中心系统“优秀青年医师”、岭南名医等。主持包括国家自然科学基金面上项目2项在内的11项课题，研究经费累计达1000余万元。在国内外学术刊物上发表论文30余篇。

曹旭   教授   

   王倩   教授 

张英泽   院士   

   付小兵   院士 

王迎军   院士   

   James T Triffitt 教授

刘昌胜   院士   

   邵增务   教授

夏志道   教授  

李斌   教授

  徐臣杰   教授