可拼搭+血管化!武汉协和医院团队打造模块化骨类器官,实现大块骨组织再造

采用DLP光固化生物打印技术，将骨髓间充质干细胞（BMSCs）负载于GDMA墨水中，批量打印小型骨类器官模块。打印后的细胞模块活性优异，多次打印仍能保持高细胞存活率。

经过体外成骨诱导培养，类器官内碱性磷酸酶、钙沉积水平逐步升高，成骨相关基因Runx2、Alp、Ocn持续上调，证实打印模块具备稳定成骨分化能力，单个骨类器官单元功能完全达标。 

图1 研究设计与实验流程示意图

图6 用于诱导和培养骨类器官的GDMA水凝胶

依托GDMA的界面黏附特性，利用氧化交联实现模块间无缝拼接。这套"先打印单元、再整体组装"的模式，摆脱单一打印路径限制，既能制作简单管状骨结构，也能复刻耳廓、肾脏、肝脏、椎骨等复杂人体解剖形态。

拼接后的大体积类器官整体力学性能优异，拼接处不易开裂，模块间隙还可辅助物质交换，从结构层面减少内部坏死风险，真正实现大尺寸、定制化骨类器官快速制备。 

 研究创新性在类器官模块中预留中空管腔结构，并对管腔内壁预铺内皮细胞。动物实验中，将带管腔的类器官移植后，把宿主微血管接入预制通道，搭配微凝胶营造适宜微环境，实现单向引导血管新生。

对比单纯凝胶、无内皮修饰组，该组血管密度更高、管腔结构更成熟，红细胞可在管腔内正常流通，形成具备灌注功能的新生血管网络。 

 血管化骨类器官移植后，血管生成与骨分化形成时空联动效应。micro-CT结果显示，血管化组骨体积、骨密度、骨小梁指标远优于普通骨类器官组，移植12周后形成类皮质骨结构，机械强度接近天然小鼠胫骨。

组织学与测序分析证实，血管化结构可调控巨噬细胞向修复型M2表型极化，降低局部炎症反应，同时激活Wnt、PI3K/Akt、成骨分化相关通路，打造利于骨再生的免疫与分子微环境。 

图7 基于GDMA的骨类器官移植后成骨作用的体内评估

图8 移植后（2、4、8和12周）骨类器官成熟度及血管化的组织学评估

图9 植入骨类器官的免疫微环境、炎症反应及转录组学验证

研究局限：目前实验仅在小鼠异位模型完成验证，尚未开展负重骨原位缺损修复；类器官内细胞组分相对单一，未完全模拟骨组织复杂细胞生态。后续研究可推进大动物骨缺损模型实验，进一步优化材料降解与骨再生匹配度，同时引入破骨细胞、免疫细胞等构建更仿生的复合骨类器官，逐步推动该技术走向临床骨修复应用。