分享一篇近期发表在Advanced Healthcare Materials上的文章，Enhanced Bone Repair using Callus Organoids Derived from Urine-Derived Stem Cells with Silk Fibroin。这篇文章的通讯作者是重庆医科大学附属口腔医院的宋金林和维克森林大学再生医学研究所的张圆圆。

    骨缺损由创伤、肿瘤切除等引发，虽然骨有修复能力，但大缺损修复受限。现有自体、异体及人工骨移植存在供体并发症、免疫反应、骨整合差等局限。骨痂作为骨缺损处临时组织，在自然愈合中发挥关键作用，其类器官作为干细胞自组装3D培养物，能模拟体内细胞间及细胞-ECM互作等微环境，优于2D培养。然而纯干细胞类器官缺乏血管和ECM支持，故需结合人工ECM。丝素蛋白（SF）具良好生物相容性、机械性能及可调降解率，适合构建ECM，其纤维基质可维持尿源干细胞（USCs）活性。USCs从尿液无创获取，无伦理问题，可分化为成骨细胞等，具有骨愈合潜力。

    基于以上背景，作者评估了SF纤维段在增加USC基骨痂类器官的孔隙率、活性和促成熟能力。通过优化纤维直径和密度，为骨愈合提供新策略。

    作者首先通过静电纺丝法制备了8% - 12%不同浓度的丝素蛋白（SF）纤维段，经PBS浸泡8周观察其性能。结果显示，12% SF 纤维直径大、硬度高（8.1 GPa）、耐水性强，浸泡后结构稳定，且无细胞毒性，其粗糙表面利于细胞黏附，为后续构建 USC 基骨痂类器官提供了适宜的纤维基质（图1）。

图1. SF 纤维段的表征

    作者从尿液中提取USCs，通过形态学观察和流式细胞术鉴定后，将其与不同密度的SF纤维段（0、50、100、500、1000 根/球）在3D模具中培养，构建SF纤维-USC 球。结果显示，USCs可在3天内包裹纤维段形成球体，纤维添加不影响细胞聚集效率，其中SF1000-USC组因纤维过多致spheroid体积较小，而SFM组细胞分散，表明SF纤维段与USCs可成功构建3D培养体系（图2）。

图2. USC的3D培养

    作者优化SF纤维段密度与直径以提升类器官成熟时细胞活力。经4周培养，SF500-USC组孔隙率稳定、细胞活力最高，12%浓度纤维组细胞存活数最多。由此选定12% SF纤维、500根/球的密度构建骨痂类器官，该组合可维持细胞活性并促进类器官成熟（图3）。

图3. 纤维密度和静电纺丝溶液浓度的优化

    作者通过流式细胞术、荧光染色及Western blot检测细胞活力、凋亡及氧化应激水平。结果显示，SF-USC和SFM组凋亡细胞少于USC组，USC组脂质过氧化、线粒体ROS水平更高，线粒体膜电位降低，SOD2蛋白表达显著升高。表明SF纤维段可改善微环境，降低氧化应激，提升细胞活力（图4）。

图4. 培养2周后愈伤组织类器官的活力、细胞凋亡和氧化应激

    作者通过免疫染色、ALP活性检测及茜素红染色，评估SF纤维段对骨痂类器官成熟的促进作用。结果显示，SF-USC组在诱导1周时RUNX2表达上调，2周时OCN表达增加，ALP活性及矿化结节形成均优于USC组，且SF-USC组细胞增殖潜力更高。表明SF纤维段可加速USCs成骨分化，促进骨痂类器官成熟（图5）。

图5. 愈伤组织类器官的成熟评估

    作者将培养2周的SF-USC类器官与GelMA混合，植入大鼠5mm颅骨缺损模型。8周后微-CT及组织学分析显示，该组新骨体积、BV/TV比显著高于对照组，H&E和Masson染色见新骨面积增加，免疫荧光示胶原1和OCN表达增强，且仍能检测到植入的USCs，表明SF-USC类器官可有效促进骨缺损修复（图6）。

图6. 手术后8周新骨形成的显微CT分析

    总的来讲，本研究针对骨缺损修复中骨移植需求增加及现有策略的局限，提出使用USCs衍生的骨痂类器官结合SF的创新骨重建方法。通过静电纺丝制备SF纤维段，优化其密度和直径后，与USCs共培养构建多孔类器官，形成低氧化应激微环境，促进细胞活力与骨痂类器官成熟。该策略利用无创获取的USCs和生物相容性良好的 SF，具备细胞节约、成本效益高的优势，为骨重建领域提供了重要进展与临床应用潜力。

作者：JXD 

DOI: 10.1002/adhm.202501852

Link: https://doi.org/10.1002/adhm.202501852