关节软骨覆盖骨骼末端并提供润滑作用，这对于关节的平稳运动和减震至关重要。然而，关节软骨的自我修复能力有限，且容易导致包括关节炎在内的慢性疾病。尽管临床上尝试使用自体软骨细胞移植治疗关节软骨缺损，但由于其有限的增殖能力，往往不能满足治疗需求。

诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSC）衍生的软骨类器官在修复关节软骨损伤中具有广阔的应用前景，通过将iPSC诱导形成软骨类器官，理论上可以无限获得可供移植的软骨类器官。

2.1 cyiPS 细胞衍生软骨类器官（cyiPS-Cart）的建立

研究团队首先将食蟹猴iPS（cyiPSC）1466A1细胞系诱导成软骨细胞，并将获得的软骨细胞转移至悬浮培养基进行3D培养，软骨细胞产生并累积细胞外基质（ECM），最终形成直径为1-3 mm的cyiPSC衍生软骨类器官（cyiPS-Cart）。

△ cyiPSC诱导形成软骨类器官的示意图

2.2 cyiPS-Cart在软骨缺损的灵长类动物模型中的异体移植

研究团队构建了12只软骨缺损的食蟹猴模型，并在其中6只猴中移植了cyiPS-Cart。

结果显示，在4周和17周后对照组的软骨缺损被棕色组织填充，而移植组的软骨缺损在4周时被透明组织填充，在17周时移植区域和周围的关节软骨高度相似。

△ cyiPS-Cart在关节软骨缺损部位存活并逐渐与周围正常软骨组织整合

2.3 cyiPS-Cart保护关节软骨损伤部位周围的正常软骨组织

研究团队通过组织切片及软骨染色，发现对照组的组织缺损中由纤维组织填充，而移植组的组织缺损中由软骨组织填充。

术后17周的进一步分析发现，对照组在缺损周围的关节软骨进行性退化，而移植组在软骨缺损周围的关节软骨检测到蛋白聚糖，表明缺损周围的关节软骨得到了保护。此外，在cyiPS-Cart异体移植17周后，没有观察到免疫排斥反应。

△ cyiPS-Cart帮助保护关节软骨损伤部位周围正常软骨组织

2.4 cyiPS-Cart在移植后表达软骨特异性标志

scRNA-seq 分析显示，cyiPSC在形成类器官后表达软骨常见标志物ACAN，COL1A1 和 COL2A1。另外，在移植前后的cyiPS-Cart的差异表达基因中，关节软骨特异性标记蛋白聚糖4（PRG4）表达增加，IHC染色也发现PRG4在移植后表达增加。上述结果表明cyiPS-Cart在移植后，可以帮助关节软骨重获润滑功能。

△ cyiPS-Cart在移植后高表达PRG4，获得与正常软骨组织相似的润滑功能

本研究深入分析了iPSC衍生软骨类器官在灵长类动物模型中的生物学特性，发现异体iPSC衍生的软骨类器官可以长期在关节软骨缺损部位存活，并起到重塑关节软骨、阻止病灶周围软骨退化的作用。

● 构建了食蟹猴iPSC衍生软骨类器官：将食蟹猴iPSC诱导形成软骨细胞，继而在悬浮培养基中培养形成软骨类器官cyiPS-Cart。

● 证实cyiPS-Cart可以在缺损部位存活并整合修复软骨损伤：移植的cyiPS-Cart在软骨损伤部位可以长期存活，逐渐形成了透明软骨组织填充损伤部位，并保护了损伤部位周围的正常软骨组织。

● cyiPS-Cart在移植后高表达软骨组织特异性标志PRG4：cyiPS-Cart在移植后高表达PRG4，表明cyiPS-Cart可以帮助关节软骨重获润滑功能。

参考文献：

Abe K, Yamashita A, Morioka M, Horike N, Tsumaki N. Engraftment of allogeneic iPS cell-derived cartilage organoid in a primate model of articular cartilage defect. Nat Commun. 2023 Feb 20;14(1):804. doi: 10.1038/s41467-023-36408-0.