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受損的軟骨不具有再生能力，這也是骨關(guān)節(jié)疾病難治愈的根本原因。《National Science Review》（國(guó)家科學(xué)評(píng)論，影響因子：17.275）上發(fā)表的一篇文章顯示，科學(xué)家們構(gòu)筑了一種可以注射到軟骨缺損部位的3D干細(xì)胞組裝體，它可以在體外快速組裝并填充到缺損處，并促進(jìn)干細(xì)胞向軟骨分化，從而幫助極限軟骨缺損的修復(fù)
關(guān)節(jié)軟骨可以減少骨組織之間的摩擦，起到一個(gè)平滑有彈性的緩沖作用，以減少不必要的震動(dòng)和沖擊。 然而，軟骨卻幾乎沒(méi)有再生能力，隨著年齡增長(zhǎng)，磨損不斷增加，骨頭之間長(zhǎng)期相互摩擦，就會(huì)引起疼痛和炎癥，最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)退變，甚至喪失運(yùn)動(dòng)能力。 目前針對(duì)軟骨損傷的手術(shù)方法有限，且主要針對(duì)短期內(nèi)的疼痛緩解，而干細(xì)胞組織工程方法顯現(xiàn)出的快速修復(fù)軟骨組織的巨大潛力，給軟骨修復(fù)帶來(lái)了新機(jī)遇。 然而，干細(xì)胞療法仍然存在一些關(guān)鍵障礙需要克服，比如損傷部位微環(huán)境中氧化應(yīng)激和炎癥的普遍存在，干細(xì)胞在注射后經(jīng)常發(fā)生凋亡等。 為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，由西北工業(yè)大學(xué)張秋禹教授、美國(guó)羅格斯大學(xué)Ki-Bum Lee教授等組織的一項(xiàng)研究，展示了用于先進(jìn)3D干細(xì)胞培養(yǎng)和置入的3D IHI納米支架模板干細(xì)胞組裝系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，通過(guò)機(jī)械支持、遞送生長(zhǎng)因子、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和促進(jìn)干細(xì)胞在體內(nèi)整合推進(jìn)干細(xì)胞修復(fù)軟骨形成，具有著明顯的優(yōu)勢(shì)。 該項(xiàng)研究發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review, NSR），引起了廣泛關(guān)注。 干細(xì)胞“新組件” 可使受損軟骨一個(gè)月接近完全結(jié)構(gòu)恢復(fù) 盡管在以往的干細(xì)胞治療試驗(yàn)中取得了不錯(cuò)的成績(jī)，但干細(xì)胞治療仍然有一些關(guān)鍵的障礙需要克服。 為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，在本項(xiàng)研究中，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種基于3D可注射混合無(wú)機(jī) (IHI) 納米支架的方法，該方法結(jié)合了無(wú)支架和無(wú)支架組織工程的優(yōu)勢(shì)，以增強(qiáng)基于干細(xì)胞的軟骨損傷治療。
△ 使用IHI納米支架模板3D干細(xì)胞組裝增強(qiáng)軟骨損傷的治療 值得注意的是，3D-IHI納米支架通過(guò)將干細(xì)胞快速組裝成具有可控細(xì)胞間相互作用的3D組織，從而提高了干細(xì)胞的存活率和成骨分化，并在整個(gè)3D組裝的干細(xì)胞中均勻遞送軟骨形成因子。 該項(xiàng)研究中的可生物降解納米材料的加入不僅顯著加速了干細(xì)胞在3D中的組裝，而且還將細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-基質(zhì)相互作用以及深層藥物(TGF-β3)遞送功能整合到3D-IHI納米支架中，用于在體外和體內(nèi)有效調(diào)節(jié)BMSCs軟骨形成。
并且，將干細(xì)胞組裝的3D-IHI納米支架注射到兔嚴(yán)重缺損模型中的受傷軟骨組織中可顯著減少炎癥并改善干細(xì)胞存活和軟骨形成，從而促進(jìn)軟骨再生和長(zhǎng)期功能恢復(fù)。 3D-IHI 納米支架在體外和體內(nèi)控制干細(xì)胞命運(yùn)方面的出色表現(xiàn)表明我們的治療平臺(tái)在加速軟骨再生和各種其他低再生能力組織損傷方面的巨大潛力。
當(dāng)然，為了研究長(zhǎng)期治療效果，研究者們還使用相同的實(shí)驗(yàn)和對(duì)照條件在治療后1、2個(gè)月和3個(gè)月分別進(jìn)行細(xì)胞移植測(cè)定。結(jié)果都證明了關(guān)節(jié)軟骨缺陷修復(fù)得到了顯著改善，同時(shí)減輕了骨關(guān)節(jié)炎的惡化。 值得注意的是，早在1個(gè)月時(shí)，研究人員就觀察到實(shí)驗(yàn)組中受傷軟骨組織變得平滑，接近完全的結(jié)構(gòu)恢復(fù)。 修復(fù)軟骨損傷 干細(xì)胞為骨關(guān)節(jié)炎帶來(lái)新機(jī)遇 軟骨的損傷通常是毀滅性的，這主要是由于軟骨組織本身幾乎不具有再生能力，因此，軟骨一旦消耗殆盡，相關(guān)骨關(guān)節(jié)性疾病就很難治愈。 隨著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，干細(xì)胞技術(shù)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)讓軟骨損傷的治療成為了研究熱點(diǎn)，尤其是一些間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）的治療方法，甚至取得了可喜的成骨。
小小的干細(xì)胞為何就有如此大的“神力”，能夠讓無(wú)法再治療的軟骨獲得重生呢？這主要還在于干細(xì)胞本身所具有的“特質(zhì)”。 首先，干細(xì)胞具有多向分化潛能，在體內(nèi)外特定的誘導(dǎo)條件下可以轉(zhuǎn)化為骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞，對(duì)受損骨組織直接進(jìn)行修復(fù)。 其次，干細(xì)胞具有旁分泌的功能，通過(guò)分泌多種有效因子，誘導(dǎo)干細(xì)胞有效進(jìn)行自身向軟骨細(xì)胞分化，還能通過(guò)對(duì)多條信號(hào)通路及細(xì)胞因子的調(diào)控來(lái)抑制軟骨細(xì)胞凋亡，抑制局部炎癥進(jìn)展，促進(jìn)局部組織自我修復(fù)能力，達(dá)到干預(yù)目的。 最后，干細(xì)胞還具有免疫調(diào)節(jié)的功能，包括分泌免疫抑制性細(xì)胞因子以及直接調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞分化來(lái)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，從而來(lái)抑制炎癥反應(yīng)，間充質(zhì)干細(xì)胞還可通過(guò)其表達(dá)的免疫調(diào)節(jié)因子來(lái)調(diào)節(jié)多種類型免疫細(xì)胞，從而達(dá)到抗炎的目的。 憑借著這些功能，干細(xì)胞在關(guān)節(jié)軟骨方面的臨床應(yīng)用也已經(jīng)取得不錯(cuò)的成績(jī)，而本項(xiàng)研究采用的3D干細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，更是將干細(xì)胞技術(shù)發(fā)揮到了極致，甚至將開(kāi)啟發(fā)育生物學(xué)、疾病建模和再生醫(yī)學(xué)上的新突破，為軟骨損傷類疾病帶來(lái)新的治愈機(jī)會(huì)。 展望全世界關(guān)節(jié)炎患者有3億多人，而在亞洲，甚至每6個(gè)人中就有1人在一生的某個(gè)階段患上這種世界頭號(hào)殘疾性疾病。干細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)的出現(xiàn)，并非偶然，而對(duì)干細(xì)胞技術(shù)更深入的鉆研，也將為更多關(guān)節(jié)炎患者帶來(lái)福音。 |
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