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關(guān)節(jié)炎新方法!南加州大學(xué):一種現(xiàn)成的干細(xì)胞生物植入物,讓有缺陷的關(guān)節(jié)軟骨實(shí)現(xiàn)長期恢復(fù)

2023-03-03 17:00

磨損的軟骨無法修復(fù),但干細(xì)胞技術(shù)卻能讓其“重生”,且性質(zhì)、功能不輸原來,來自南加州大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一種基于干細(xì)胞的低溫保存生物植入物,可以在關(guān)節(jié)炎發(fā)作前修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨,有望成為該類疾病治療帶來希望。

骨關(guān)節(jié)炎是一種退行性疾病,雖不致命但會(huì)致使患者運(yùn)動(dòng)能力受限,甚至致殘。

其中,緩沖關(guān)節(jié)中骨骼結(jié)合面的關(guān)節(jié)軟骨保護(hù)層的退化,是限制運(yùn)動(dòng)并導(dǎo)致慢性疼痛的關(guān)鍵,而一旦關(guān)節(jié)軟骨受到侵蝕,臨床也無能為力,關(guān)節(jié)置換術(shù)是唯一的解決辦法,但也并非完美方案。

來自南加州大學(xué)的研究人員正在開發(fā)一種基于干細(xì)胞的低溫保存生物植入物,可以在關(guān)節(jié)炎發(fā)作前修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨,他們已經(jīng)在動(dòng)物模型中證明了它的功效,目前正在致力于將該種治療方案轉(zhuǎn)化為臨床,為更多關(guān)節(jié)炎患者帶來益處。

△ 骨關(guān)節(jié)炎的X射線圖像

 

01 干細(xì)胞在磨損之前挽救關(guān)節(jié)炎

培養(yǎng)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的一個(gè)挑戰(zhàn)就是發(fā)育性ESC(胚胎干細(xì)胞)的限制,而該團(tuán)隊(duì)已表明,使用源自人類胚胎干細(xì)胞 (hESC) 的軟骨細(xì)胞,可以將滑膜關(guān)節(jié)中有缺陷的關(guān)節(jié)軟骨長期恢復(fù)到完整厚度。 

研究人員首先在體外從hESC中提取關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞,并研究了這些細(xì)胞的益處。他們利用關(guān)節(jié)軟骨產(chǎn)生局灶性病變的活豬,以多種計(jì)量和不同載體對細(xì)胞進(jìn)行了測試。評估了直接注射游離關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞和將關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞嵌入膠原膜支架,其中,膜包埋移植給出了最好的結(jié)果,并被開發(fā)成Plurocart生物植入物。

Plurocart 是一種用干細(xì)胞衍生的軟骨細(xì)胞接種的支架膜,軟骨細(xì)胞負(fù)責(zé)產(chǎn)生和維持健康的關(guān)節(jié)軟骨組織,在骨關(guān)節(jié)炎的豬模型中,Plurocart 成功修復(fù)軟骨并延緩關(guān)節(jié)退化。

△ 研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種名為Plurocart的聯(lián)合保存技術(shù)

研究者表示,該療法通過針對整體健康關(guān)節(jié)的缺陷,可以在關(guān)節(jié)炎開始之前就能阻止病變發(fā)生除了結(jié)構(gòu)完整性和細(xì)胞保留外,在支架上移植細(xì)胞的一個(gè)優(yōu)勢是大量的ECM共同轉(zhuǎn)移。

這些干細(xì)胞衍生的軟骨細(xì)胞接種膜,在培養(yǎng)皿中成熟長達(dá)兩周,可以細(xì)胞充分的產(chǎn)生這種生物活性基質(zhì),ECM是生長因子、有絲分裂原和其他信號(hào)分子和結(jié)構(gòu)分子的倉庫。

最終,在六個(gè)月結(jié)束時(shí),研究小組發(fā)現(xiàn):植入的人類軟骨細(xì)胞融入了豬的關(guān)節(jié)軟骨病變中。這些外源性植入細(xì)胞會(huì)分泌因子,在宿主細(xì)胞中誘導(dǎo)內(nèi)源性再生反應(yīng),恢復(fù)的關(guān)節(jié)軟骨由人類和誘導(dǎo)的豬細(xì)胞組成,這些細(xì)胞變成了關(guān)節(jié)軟骨。

02 再生醫(yī)學(xué)顛覆骨科治療的未來新希望 

關(guān)節(jié)軟骨是非常特殊的部位,要足夠柔軟可以支持運(yùn)動(dòng),也要足夠堅(jiān)固可以防止骨骼的損壞。在我國,有1.3億之多的關(guān)節(jié)炎患者都在飽受痛苦折磨,找到有效的替代療法迫在眉睫。

該研究團(tuán)隊(duì)利用hESC衍生的軟骨細(xì)胞,其分子和細(xì)胞特性與人類胎兒軟骨細(xì)胞相似——強(qiáng)效、合成代謝、增殖,并且能夠產(chǎn)生大量ECM。

我們知道,成體軟骨細(xì)胞一旦受損,就不會(huì)重建,而通過培養(yǎng)皿中的干細(xì)胞產(chǎn)生相似的軟骨細(xì)胞卻可以解決這一難題,再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展正成為有效對抗骨關(guān)節(jié)炎治療的新希望。

而不止關(guān)節(jié)炎,再生醫(yī)學(xué)也正專注于細(xì)胞植入以啟動(dòng)肌肉骨骼結(jié)構(gòu)的愈合,引入現(xiàn)代干預(yù)措施,如富含血小板的血漿、間充質(zhì)干細(xì)胞和注射可誘導(dǎo)愈合反應(yīng)的生物材料等等。

越來越多的科學(xué)家、醫(yī)療工作者也正將骨科生物學(xué)作為其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐的一部分,利用再生醫(yī)學(xué)治療骨關(guān)節(jié)炎和肌腱等疾病。

再生醫(yī)學(xué)有望延遲并可能減少對退行性關(guān)節(jié)病癥和肌肉骨骼損傷患者的手術(shù)干預(yù),在不久的將來,我們可能會(huì)看到骨科生物制劑被用作關(guān)節(jié)炎等疾病的中間地帶,介于保守治療(如類固醇注射)和手術(shù)之間,也可能會(huì)看到關(guān)節(jié)置換方式的徹底改革——從金屬和陶瓷關(guān)節(jié)置換轉(zhuǎn)向生物置換和再生。

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顯而易見的是,再生醫(yī)學(xué)是一個(gè)令人興奮和充滿希望的領(lǐng)域,它可能是擴(kuò)大可用微創(chuàng)治療選擇范圍以及預(yù)防干預(yù)甚至治愈我們當(dāng)前無法治愈疾病的關(guān)鍵。盡管前路漫漫,障礙重重,但再生醫(yī)學(xué)的科技之光,定能照亮前路,熠熠發(fā)光。

參考資料:

https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/stem-cell-based-cryopreservable-bioimplants-for-arthritis/

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