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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，雖不致命但會致使患者運(yùn)動能力受限，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)胞的一個挑戰(zhàn)就是發(fā)育性ESC（胚胎干細(xì)胞）的限制，而該團(tuán)隊已表明，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分子和結(jié)構(gòu)分子的倉庫。

最終，在六個月結(jié)束時，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，也要足夠堅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/