在日常生活中，骨關節炎等關節疾病困擾著不少人，不僅影響正常活動，還降低生活質量。關節中的軟骨一旦受損，自我修復能力較差，常規治療手段效果有限。而軟骨組織工程作為前沿研究領域，為軟骨修復帶來了新希望。
近期，發表於Int J Biol Macromol的一項研究Effect and potential mechanism of modified citrus pectin in 3D printing-based cartilage tissue engineering，聚焦改性柑橘果膠（MCP）在基於3D列印的軟骨組織工程中的作用及潛在機制，為軟骨修復提供了新思路。
改性柑橘果膠是一種低分子量、低酯化度且富含β-半乳糖的天然多糖，獲得了美國食品藥品監督管理局（FDA）的GRAS認證，安全性高。此前研究發現，MCP能與半乳糖凝集素-3（Gal-3）緊密結合，展現出抗炎、抗腫瘤、抗纖維化及免疫調節等多種生物活性，在生物醫學領域備受關注。尤其在關節軟骨損傷和骨關節炎治療方面，MCP展現出獨特潛力，可促進軟骨細胞增殖、維持細胞表型，但具體機制尚未完全明確。
在本次研究中，研究人員首先利用兔膝關節部分厚度關節軟骨缺損模型，證實了MCP的軟骨保護作用。儘管MCP無法使缺損完全恢復，但與對照組相比，它能顯著保留更多軟骨細胞，增加糖胺聚糖（GAG）的染色強度，且這種保護作用呈劑量依賴性。
進一步研究發現，MCP可穿透軟骨組織，進入軟骨細胞，並在溶酶體中積累。實驗顯示，熒游標記的MCP隨時間逐漸滲透到軟骨外植體，24小時時幾乎穿透整個外植體，且主要分佈在軟骨細胞內，與Gal-3共定位。同時，MCP對軟骨細胞的增殖活性無顯著影響，但能減少損傷誘導的軟骨細胞死亡。
在體外連續傳代培養實驗中，MCP的優勢更為突出。它能顯著促進軟骨細胞增殖，在第6代和第7代時，MCP處理組的相對增殖率分別達到對照組的近4倍和5倍。而且，MCP可維持軟骨細胞的多邊形或不規則形態，防止其在傳代過程中發生去分化，同時上調II型膠原蛋白（COL2A1）、SOX9等基因表達，下調Gal-3、IL-1β等基因，有效維持軟骨細胞合成II型膠原蛋白的能力。
研究人員還將MCP引入到基於甲基丙烯酸化明膠（GelMA）和透明質酸（HAMA）的水凝膠中，製備出可用於3D列印的生物墨水（GelMA/HAMA/MCP）。這種生物墨水具有良好的3D列印效能，其黏度隨剪下速率增加而降低，溫度在27°C以下時黏度較高，36°C左右時轉變為溶液狀態，且儲能模量（G′）高於損耗模量（G″），能保證列印結構的穩定性。
3D列印的GelMA/HAMA/MCP支架具備適宜的微觀結構和理化性質。掃描電鏡顯示其具有約500μm的多孔網路結構，利於軟骨細胞黏附、遷移和增殖；傅立葉變換紅外光譜證實MCP成功摻入支架；壓縮模量測試表明，雖MCP含量增加會降低支架機械強度，但所有支架的壓縮彈性模量仍在軟骨形成的適宜範圍內；支架的吸水膨脹率隨MCP含量增加而升高，且在體外5天內降解率達85%左右，MCP含量越高降解越快；MCP從支架中釋放呈現先快速後緩慢的特點，5天內基本完全釋放。
細胞實驗結果令人欣喜。所有GelMA/HAMA/MCP支架均無細胞毒性，且能顯著促進軟骨細胞增殖。轉錄組測序分析發現，GelMA/HAMA/MCP支架可調節軟骨細胞的基因表達，上調與軟骨形成、自噬等相關的基因通路，同時下調與炎症反應和軟骨退變相關的基因，如Gal-3、MMP13等。組織學和免疫熒光染色顯示，與GelMA/HAMA支架相比，GelMA/HAMA/MCP支架上的軟骨細胞增殖更多，II型膠原蛋白沉積也更豐富。
綜上所述，該項研究表明MCP在基於3D列印的軟骨組織工程中潛力巨大。它不僅能促進軟骨細胞增殖、維持細胞表型，還可透過調節相關基因通路，為軟骨修復創造有利環境。這一研究成果為軟骨損傷和骨關節炎的治療提供了新方向，有望推動相關治療手段的進一步發展，為廣大關節疾病患者帶來福音。不過，從實驗室研究到臨床應用仍有很長的路要走，後續還需更多深入研究和驗證。
參考文獻：
Su D, He J, Yuan W, et al. Effect and potential mechanism of modified citrus pectin in 3D printing-based cartilage tissue engineering. Int J Biol Macromol. Published online May 7, 2025. doi:10.1016/j.ijbiomac.2025.144022
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