關(guān)鍵分子促進(jìn)干細(xì)胞生成軟骨
軟骨損傷很難修復(fù),目前人們一般是通過(guò)手術(shù),將取自另一處關(guān)節(jié)的組織*到受損區(qū)域。這一過(guò)程會(huì)對(duì)健康軟骨造成損害,而且患者的軟骨會(huì)隨著年齡增大而惡化。
賓夕法尼亞大學(xué)的一項(xiàng)新研究,通過(guò)新型水凝膠系統(tǒng),利用患者自身的干細(xì)胞生成軟骨,其效果比普通水凝膠更好,文章發(fā)表在美國(guó)國(guó)家*院刊PNAS雜志上。
“我們嘗試開(kāi)發(fā)新方法來(lái)置換受損的軟骨組織,并希望能夠通過(guò)表面置換,來(lái)改善年齡增長(zhǎng)造成的軟骨退化。這項(xiàng)研究就是在尋找,促使干細(xì)胞生成*軟骨的正確環(huán)境,”賓夕法尼亞大學(xué)的副教授Jason Burdick說(shuō)。
Burdick及其同事長(zhǎng)期從事間充質(zhì)干細(xì)胞研究,這是一種位于骨髓中的成體干細(xì)胞,能夠轉(zhuǎn)變成為骨、脂肪或軟骨細(xì)胞。此前,研究團(tuán)隊(duì)曾將間充質(zhì)干細(xì)胞填入水凝膠系統(tǒng),促使其分化成為脂肪細(xì)胞或骨細(xì)胞。
在體外生成軟骨的*步是啟動(dòng)軟骨生成,或者說(shuō)讓間充質(zhì)干細(xì)胞分化為軟骨細(xì)胞。然后再以此為基礎(chǔ),生成包含膠原和糖的海綿狀基質(zhì)。雖然成體軟骨細(xì)胞在組織中的密度較低,但在軟骨生成時(shí)期細(xì)胞之間的距離很近,這是體外生成軟骨面臨的一大挑戰(zhàn)。
“軟骨組織工程所用的標(biāo)準(zhǔn)水凝膠會(huì)使細(xì)胞分開(kāi),”Burdick說(shuō),“使細(xì)胞喪失相關(guān)信號(hào)和相互作用。由于在軟骨細(xì)胞形成時(shí),細(xì)胞通過(guò)鈣粘素相互作用,我們利用這一點(diǎn)對(duì)水凝膠系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。”
研究人員用一種多肽模擬鈣粘素,將其結(jié)合在水凝膠系統(tǒng)上。“盡管我們還不了解鈣粘素和軟骨生成的直接關(guān)連,”賓夕法尼亞大學(xué)的副教授Robert Mauck說(shuō),“但我們知道,在組織形成早期增強(qiáng)鈣粘素相互作用,能生成更多的軟骨。如果阻斷鈣粘素,軟骨形成量就很少。”
為了測(cè)試上述多肽的效果,研究人員將間充質(zhì)干細(xì)胞填入多種凝膠進(jìn)行實(shí)驗(yàn),包括不含多肽的普通水凝膠、含多肽的水凝膠、含多肽和抗體的水凝膠(抗體會(huì)阻斷鈣粘素相互作用)。研究人員發(fā)現(xiàn)一周后,多肽凝膠中的細(xì)胞,表現(xiàn)出的軟骨生成標(biāo)志更多。
隨后,研究人員將上述凝膠培養(yǎng)四周,這段時(shí)間足以形成軟骨基質(zhì)。四周后,他們用這些凝膠進(jìn)行功能性測(cè)試(如機(jī)械負(fù)荷),發(fā)現(xiàn)多肽水凝膠的表現(xiàn)更接近天然軟骨。II型膠原和*是軟骨基質(zhì)的組成成分,研究人員對(duì)這些分子進(jìn)行染色,發(fā)現(xiàn)多肽凝膠中這些分子也明顯較多。
“這項(xiàng)研究向人們展示,水凝膠中的鈣粘素信號(hào)能夠促進(jìn)軟骨生成,”Burdick說(shuō)。