Photobiomodulation Associated with Alginate-based Engineered Tissue on Enhancing Cartilage Regeneration

關節軟骨 (AC) 是一種無血管且無神經的結締組織，具有有限的自我修復能力，因此極易受到創傷和退化性關節疾病（如骨關節炎 (OA)）的損傷。對有效再生策略的需求導致人們對光生物調節 (PBM) 的興趣日益濃厚——這是一種非侵入性、無藥物且安全的方法，可透過光生物效應增強細胞活性並減少發炎。儘管如此，PBM 的治療效果高度依賴波長、能量密度和治療方案等參數。本研究首先回顧了 PBM 在軟骨再生中的應用，重點介紹了常用的雷射：紅光雷射（600-660 nm，0-10 J/cm²）、GaAIAs 雷射（800-880 nm，10-50 J/cm²）和 Nd:YAG 雷射（1064 nm，高達 200 nm/cm）和 Nd:YAG 雷射（1064 nm，Lcm）在體外的應用研究中。 PBM 與軟骨組織工程 (CTE) 的結合也顯示出協同效應，可改善基於支架的修復效果。
在體外階段，我們探索了 PBM 與藻酸鹽基支架相結合，以促進軟骨細胞衍生的體外軟骨再生生物反應。在此，我們利用不同濃度的 CaCl₂ 製備了藻酸鹽基支架，以實現最佳的機械性能、生物相容性和生物降解性。在二維環境中，我們研究了 2.5 至 10 J/cm² 能量密度範圍內近紅外線 (NIR) 雷射輻照 (830 nm) 對軟骨細胞活力和增殖的影響。最終確定了 3% w/v CaCl₂ 和 5 J/cm² 的最佳條件，以建立藻酸鹽支架並促進二維和三維培養中的軟骨細胞生長。多次PBM治療（830 nm，5 J/cm²）顯著增強了藻酸鹽支架中的軟骨細胞增殖和糖胺聚醣生成，其中每四天一次的方案最為有效。掃描電子顯微鏡顯示PBM誘導了分泌顆粒的形成，這對應於細胞外囊泡（EV）釋放的顯著增加。
此外，在OA大鼠模型中評估了PBM與藻酸鹽包埋的ADSC衍生EV（ADSC-EVs/Alg）的聯合治療潛力。優化的注射劑型（10%藻酸鹽，1:9 Alg:EV比例）在體內外均表現出良好的流變學和生物學特性。 PBM增強了細胞反應，其與ADSC-EVs/Alg的聯合使用進一步改善了體外療效。儘管如此，體內實驗結果顯示，所有治療組的軟骨修復程度相似，且合併治療並未帶來顯著優勢。這些發現表明，雖然 PBM 和 ADSC-EVs/Alg 單獨使用都有效，但它們的同時使用並不能為 OA 中的軟骨再生提供額外的治療益處。