哥伦比亚大学欧文医学中心 (CUIMC) 和 哥伦比亚工程学院的研究团队 获得了 健康高级研究计划局 (ARPA-H) 高达 3895 万美元的合同，将利用生物材料和人类干细胞制造活体膝关节置换物，包括患者自己的细胞。 ARPA-H 是一家联邦资助机构，为变革性生物医学和健康研究突破提供资金，将实验室研究迅速转化为市场应用。

奖项

该奖项是 ARPA-H 骨关节炎组织再生创新 ( NITRO ) 计划的一部分，将支持 NOVAJoint 的开发，这是一种革命性的生物相容性、低成本、针对患者的膝关节替代品。这个高风险项目建立在哥伦比亚大学二十多年的工程和医学肌肉骨骼合作研究的基础上，有望为美国超过三千万患有骨关节炎的人提供变革性的解决方案。 NITRO 是拜登政府设立的新 ARPA-H 机构下的第一个健康科学未来具体计划。

该项目由哥伦比亚工程学院生物医学工程系教授兼副主席兼骨科科学教授(骨科外科) Clark T. Hung和骨科系生物医学工程副教授 Nadeen O. Chahine领导哥伦比亚大学瓦格洛斯内科和外科医生学院的外科，组织再生和骨科研究的领导者。

“ARPA-H 是一项非常重要的工作，可以在个性化和针对患者的解决方案方面带来突破，” 哥伦比亚大学工程学院院长张世福说。 “随着社会寻求应对人口老龄化的挑战，这种将工程和医学相结合的协作方法将有助于改善骨关节炎和许多其他肌肉骨骼疾病患者的状况。”

“在新冠病毒大流行期间，我们看到，当研究人员团队获得支持和资源来共同努力时，科学能够快速发展，” 健康科学学院院长、瓦格洛斯内外科医师学院院长兼执行官卡特里娜·阿姆斯特朗 (Katrina Armstrong)说道。哥伦比亚大学健康与生物医学科学副校长。 “通过将哥伦比亚大学在生物医学工程和骨科手术方面的专业知识集中到一个目标上，ARPA-H 的这笔资金有可能迅速彻底改变我们治疗骨关节炎的方式以及我们未来进行生物医学研究的方式。”

骨关节炎的影响

骨关节炎是一种退行性关节疾病，是最常见的关节炎类型。随着时间的推移，随着软骨(覆盖骨头末端的特殊结缔组织)磨损，情况逐渐恶化，导致疼痛、僵硬和活动能力丧失。骨关节炎已经是第三大常见的残疾类型，估计每年的经济负担超过 1360 亿美元。它不成比例地影响到妇女、老年人、某些少数种族/族裔以及社会经济地位较低的人。由于人口老龄化、关节损伤率增加以及肥胖，膝骨关节炎的患病率一直在上升。

对于普遍性骨关节炎或创伤性损伤造成的膝关节，临床黄金标准治疗方法是使用金属和塑料制成的假体植入物进行全关节置换。尽管膝关节置换术取得了广泛的成功，但这些传统材料存在一些主要缺点。目前的人工膝关节置换术可能存在改变生活的并发症和局限性，包括感染、松动、硬件故障、僵硬、异常运动学(即膝关节移动方式)、不稳定和持续疼痛。从历史上看，膝关节置换术的使用寿命有限，部分膝关节置换术由于塑料磨损或植入物松动而在 15 至 20 年内失效。这意味着年轻患者可能需要一颗甚至两颗修复种植体。全膝关节置换术的需求预计将增长 673%，即从 2005 年到 2030 年将进行 348 万例手术，而从 2005 年到 2030 年，全膝关节翻修手术预计将增长 601%。

NOVAJoint — 膝关节损伤的活生生的解决方案

凭借 ARPA-H 奖项，研究人员提议设计 NOVAJoint，以满足需要传统膝关节置换术的晚期 OA 患者的永久解决方案的迫切且未满足的临床需求。该项目的目标是开发一种由再生活体软骨和骨骼制成的替代膝盖，与原生骨骼无缝结合，恢复无痛的关节功能。由于需要细胞来再生和维持这种活体植入物，因此该团队将创建两种版本的 NOVAJoint：一种使用患者自己的细胞，另一种使用捐赠者细胞。研究人员预计 NOVAJoint 能够大幅延长植入物的使用寿命，减少并发症，并成为治疗膝骨关节炎的永久和最终手术。该团队的时间表非常紧迫，在头两年内，将创建第一个原型，然后在最后三年进入临床前和临床研究，包括最后一年的一期安全临床试验。

尽管第一个 NOVAJoint 仍在开发中，但哥伦比亚研究人员在美国国立卫生研究院、国家科学基金会、国防部的资助和机构支持下已经开发和验证了创建该关节所需的许多技术和科学发现。 。

“ARPA-H NITRO 计划使我们能够利用我们的创新技术和专业知识来解决生物医学工程中最困难的挑战之一，”肌肉骨骼再生领域的开创性研究员 Hung 说。