研究显示了改善干细胞软骨形成的方法

软bob游戏骨损伤很难修复。目前的手术选择通常是从受伤关节的另一部分取一块，然后修补受损区域，但这种方法会损害健康的软骨，而且人的软骨仍可能随着年龄的增长而恶化。

生物工程师感兴趣的是寻找创新的方法来培育新生物软骨来自病人自己的干细胞，多亏了宾夕法尼亚大学的一项新研究，这样的治疗离现实又近了一步。

这项研究是由工程与应用科学学院生物工程系的副教授Jason Burdick和宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院矫形外科学系的副教授Robert Mauck进行的。布尔迪克实验室的成员卞黎明和穆拉特·古文迪伦也参与了研究。

它发表在美国国家科学院院刊．

“总的来说，”Burdick说，“是试图开发新的疗法来替代软骨组织比如，从病灶缺陷开始运动损伤然后有希望地转向表面替代随着衰老而来的软骨退化。在这里，我们试图找出合适的环境成体干细胞来生产最好的软骨。”

“随着我们年龄的增长，软骨细胞的健康和活力会下降，”莫克说，“因此，任何成人修复的效果都会下降软骨细胞实际上是很低的。因此，保留这种重要能力的干细胞是理想的。”

Burdick和他的同事们长期以来一直在研究间充质干细胞，这是一种在骨髓中发现的成体干细胞，能够转化为骨骼、脂肪或其他细胞软骨细胞．他的团队一直对推断微环境信号特别感兴趣，这些信号告诉这些细胞如何分化。他的团队最近的一篇论文研究了可以优先诱导这些干细胞成为脂肪样或骨样细胞的条件，同时将它们包裹在水凝胶中，聚合物网络模拟了干细胞自然生长的一些环境条件。

生长新软骨的第一步是启动软骨发生，或说服间充质干细胞分化成软骨细胞，进而产生胶原蛋白和糖的海绵基质，缓冲关节。促使这种分化的一个挑战是，尽管组织中成人软骨细胞密度低，但软骨的实际形成始于邻近的细胞。

“在典型的用于软骨组织工程的水凝胶中，”Burdick说，“我们将细胞分开，所以它们失去了最初的信号和相互作用。这就是我们开始考虑钙粘蛋白的时候，钙粘蛋白是这些细胞用来相互作用的分子，特别是在它们最初成为软骨细胞的时候。”

为了模拟这种环境，研究人员使用了一种模拟钙粘蛋白相互作用的肽序列，并将其与用于封装间充质的水凝胶结合干细胞．

“虽然钙粘蛋白和软骨形成之间的直接联系还不完全清楚，”Mauck说，“但已知的是，如果你在组织形成的早期加强这些相互作用，你可以制造更多的软骨，如果你阻止它们，你就会得到非常糟糕的软骨形成。”这种凝胶的作用是欺骗细胞，让细胞以为它附近有朋友。”

为了测试钙粘蛋白模拟肽的功效，研究人员将其封装间充质干细胞在其他几种凝胶中:不含肽的普通水凝胶;一种是无功能的、被打乱的肽;一种是含有肽和抗体的，可以阻止钙粘蛋白相互作用。

一周后，含有钙粘蛋白肽的凝胶内的细胞比任何对照组表现出更多的软骨形成遗传标记。

第二个实验是让凝胶生长四周，这段时间足以让它们开始发育软骨基质。这使得研究人员可以进行功能测试，比如让他们承受机械负荷。他们发现含有肽的凝胶比其他凝胶更像天然软骨。

研究人员还对凝胶进行了切片，并对它们进行了ii型胶原蛋白和硫酸软骨素的染色，这些分子是软骨基质的一部分。再一次，含有肽的凝胶比对照组产生了更多的这些基质形成的标记。

“总之，”Burdick说，“这些实验提供了一个彻底的证明，当从合成水凝胶中呈现时，这种钙粘蛋白信号可以改善软骨形成反应。”

“展望未来，”Mauck说，“观察这些早期细胞命运决定如何转化为体内长期组织功能将是很重要的。”