DOI:10.1007/s10439-020-02499-9

关节软骨具有有限的愈合和自我修复能力。关节软骨的损伤变得不可逆转，从而导致骨关节炎，这可能会影响一个人的生活质量。大约5-10%的软骨组织由硫酸化糖胺聚糖（GAGs）组成，它可以隔离生长因子并为天然软骨组织提供结构完整性。本研究评估了人间充质干细胞（MSCs）在含有部分硫酸化纤维素（pSC）的明胶支架上的软骨分化，pSC是一种来源于纤维素的GAG模拟物，与天然GAGs、硫酸软骨素A（CS-A）和硫酸软骨素C（CS-C）相比，pSC在硫酸化程度和模式方面与CS-C相似。通过将明胶与pSC或天然GAGs静电纺丝来制备支架。所有支架均由平均直径约为3μm的纤维组成，纤维间距约为30μm，在整个培养过程中均保持水解稳定性。在含有pSC的支架上培养的MSCs显示出早期硫酸化GAGs的产生，并且比天然GAGs具有更高的II型与I型胶原比率。在天然GAGs中，与含CS-A的支架相比，CS-C在更大程度上促进了软骨形成，这表明硫酸化模式会影响软骨形成。部分硫酸化纤维素可用作软骨组织工程应用的潜在GAG模仿物。

图1.硫酸软骨素（CS-A，CS-C）和部分硫酸钠纤维素（pSC）的理想化学结构。 Glc-葡萄糖，GlcUA-葡萄糖醛酸，GalNAc-N-乙酰基-D-半乳糖胺。

图2.（a）明胶（b）明胶-CS-A（c）明胶-CS-C（d）明胶-pSC（×5000放大，比例尺为10μm）的SEM图像。

图3.（a） 明胶支架（明胶）和含CS-A（Gel-CS-A）、CS-C（Gel-CS-C）、pSC（Gel-pSC）的明胶支架在37℃下从初始干燥状态孵育10分钟后的溶胀率和（b）尺寸变化（值为平均值±标准偏差，*与CS-C和pSC存在显著性差异（p<0.05），**与CS-A存在显著性差异（p<0.05）。

图4.（a）明胶支架和含有天然GAGs和pSC的明胶支架上的细胞数。（＃与第14天有显著性差异（p<0.05）），（b）在明胶支架和含有天然GAGs和pSC的明胶支架上，每个细胞产生的硫酸化糖胺聚糖。*在第14天时明显大于明胶、gel-CS-A和gel-CS-C（p<0.05）。**明显大于明胶（p<0.05）。＃明显大于gel-CS-A（p<0.05）。（值表示平均值±标准偏差）。

图5.（a）MMP2的基因表达（**含CS-A和CS-C的明胶支架在时间点上存在显著性差异（p<0.05））。a与第4天存在显著性差异（p<0.05）。b与第7天存在显著性差异（p<0.05），（b）I型胶原（ColI）（与含CS-C的明胶支架显著不同，a与第7天显著不同，b与第14天显著不同（p<0.05）），（c）Sox9，（d）II型胶原（ColII），（e）蛋白聚糖（Agg），（f） 人软骨蛋白（CHAD）（c-f）*在时间点上显著高于所有组（p<0.05）。＃在某一时间点显著高于明胶和明胶-CS-A组（p<0.05）。a、 b、c分别与第7、14、28天存在显著性差异（p<0.05），（g）X型胶原（ColX）（显著高于明胶和含CS-C的明胶支架（p<0.05））。（h） 血管内皮生长因子（VEGF）（显著高于明胶和含CS-A支架（p<0.05））（g，h）*显著高于所有支架，a显著高于第14天（p<0.05））（所有值均归一化为RPLPO，表示为平均值±标准偏差）。

图6.第14和28天在CCM+中在明胶和含有天然GAGs和pSC的明胶支架上培养的细胞的共聚焦图像。II型胶原（绿色）、肌动蛋白（红色）和核（蓝色）。（×40放大，比例尺50μm）。

图7.第14和28天在CCM +中在明胶和含有硫酸软骨素和pSC的明胶支架上培养的细胞的共聚焦图像。蛋白聚糖（绿色）、肌动蛋白（红色）和核（蓝色）。（×40放大，比例尺50μm）。

图8.（a）在CCM+中培养28天后，在明胶和含有硫酸软骨素和pSC的明胶支架上细胞的I型和II型胶原蛋白的产生。（＃I型胶原蛋白的生成量显著高于Gel-pSC，**I型胶原蛋白的数量显著高于所有组，*II型胶原蛋白的数量显著高于所有组，a与I型胶原蛋白的生成量显著不同（p<0.05）），（b）II型胶原与I型胶原的比率。（＃显著高于明胶和Gel-CS-A，*显著高于所有组（p<0.05））（值表示为平均值±标准偏差）。