关节软骨因缺乏血管、神经和淋巴，自我修复能力极差。传统治疗（物理、药物、手术）仅缓解症状，无法实现根本修复。干细胞疗法（尤其是间充质干细胞，MSC）虽有潜力，但直接移植面临存活率低、免疫排斥等问题。MSC来源的外泌体（Exos）具有低免疫原性、高稳定性，且携带生物活性分子（如miRNA、蛋白质），可通过调控细胞间通讯促进组织修复。但是单纯外泌体治疗存在体内滞留时间短、易降解等问题。近期，中国人民解放军总医院骨科研究所郭全义教授、刘舒云教授团队在领域内顶级期刊《ACS Nano》上发表了题为“Three-Dimensional Bioprinting of Growth Differentiation Factor 5‑Preconditioned Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes Facilitates Articular Cartilage Endogenous Regeneration”的研究论文。该研究首次利用GDF-5预处理滑膜间充质干细胞（SMSCs），增强其分泌的外泌体功能，并深度解析了GDF-5预处理MSC来源外泌体（G-Exos）促进软骨修复的分子机制，发现了外泌体携带的miR-383-3p的关键作用。创新性地将G-Exos载入3D打印的甘草酸（GA）/甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）支架，实现了外泌体缓释与免疫调节。（华盈生物为该研究提供了外泌体的鉴定和miRNA测序服务）。
| 主要发现
1.GDF-5预处理MSC来源外泌体（G-Exos）的制备和表征
作者前期研究表明了GDF-5可促进MSC的软骨分化，但GDF-5预处理MSC是否增强外泌体的功能和疗效尚未探索。预先利用GDF-5处理滑膜间充质干细胞（SMSCs），收集外泌体进行表征。透射电镜显示G-Exos为典型杯状结构，Western blot验证了CD9、CD63、TSG101的阳性表达。体外细胞摄取实验揭示了G-Exos可以被SMSCs、软骨细胞以及巨噬细胞摄取。说明了G-Exos或许可以作用于这些细胞。
2.G-Exos的功能验证
体外功能实验揭示了G-Exos显著促进SMSCs和软骨细胞的增殖（CCK-8、EdU）及迁移能力（Transwell、划痕实验）。G-Exos上调SOX9、ACAN、COL-2表达，抑制纤维化标志物COL-1的表达，说明了G-Exos促进了SMSCs的软骨分化能力。同时研究者还发现了G-Exos显著促进巨噬细胞的M2极化（CD206↑、iNOS↓），抑制炎症因子的表达（IL-1β、TNF-α）。
3. G-Exos促软骨分化的分子机制
作者首先进行了外泌体的miRNA测序，结果发现了G-Exos中miR-383-3p显著上调。功能验证发现了过表达miR-383-3p可以显著上调软骨分化标志物SOX9、ACAN、COL-2的表达。靶基因预测和结合验证揭示了miR-383-3p可以直接结合赖氨酸去甲基化酶Kdm2a，调节下游的Sox2表达，从而影响软骨分化。
4.负载G-Exos的3D打印支架的性能与体内修复功能
作者制备了负载G-Exos的3D打印的GA/HA支架，发现了G-Exos的缓释可以长达20天，并维持生物活性。大鼠模型实验验证了G-Exos支架显示出最佳的软骨修复效果（micro-CT显示骨密度增加，组织学评分接近正常软骨），胶原排列有序（天狼星红染色）等。
| 总结与讨论
该研究通过GDF-5预处理优化了间充质干细胞来源外泌体的功能，结合3D生物打印支架实现了外泌体缓释与免疫调节，为关节软骨修复提供了高效的无细胞治疗策略。其创新性在于分子机制深度解析与多学科技术融合，为推进临床试验，探索个体化治疗方案提供了重要参考。
| 相关文献
Zheng Y, Fu L, Zhang Z, Wu J, Yuan X, Ding Z, Ning C, Sui X, Liu S, Guo Q. Three-Dimensional Bioprinting of Growth Differentiation Factor 5-Preconditioned Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes Facilitates Articular Cartilage Endogenous Regeneration.ACS Nano. 2025;19(16):15281-15301.