《J Mater Chem B》：干细胞关节再生术，在更短的时间内再生软骨组织
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来源：细胞人之家
作者：摩西
前言 /
东京奥运会已经圆满结束，我国奥运健儿在8月8号捧着88块奖牌凯旋归来，全国上下都为之欢呼，他们都是中国的骄傲！想必这段时间大家跟随着奥运健儿矫健的身姿，被他们在赛场上挥洒的汗水打动，不少人内心也跃跃欲试，重新拾起运动兴趣爱好，比如跑步、游泳等等。健身确实有诸多好处，但是正所谓凡事都需要有个度，过度运动带来的损伤也是会影响正常的生活。
就像咱们身体中最大的屈戍关节——膝关节，在大家做体育运动时可承受了不少压力，很容易因为过度使用或者姿势不当引起扭伤或骨折，所以大家即使是运动，也要健康运动，科学运动。就像之前在中老年人中比较流行的一种运动方式“快步走”，也被指出需要科学进行。俗话说“饭后百步走，活到九十九”，但是不少老年人由于空闲时间较多，追求行走更多更快的步数，达到健康养生的目的，然而结果却是过犹不及。
老年人本来由于岁数原因，身体关节相对年轻人来说，已经有一定的使用磨损，如果再进行长时间的快走运动，膝关节极易出现问题，滑膜炎、膝关节积液等等一系列毛病蜂拥而至，结果养生长寿的目的没有达到，反而招来一系列身体问题。
人体膝关节结构图
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来源：公开资料
那么如果已经造成了膝关节损伤，该如何治疗呢？临床上的治疗方案也是根据关节的肿胀及疼痛程度来进行，对于轻度的半月板损伤，一般只需膝关节制动一定周期，而较为严重的膝关节损伤，则不可避免手术治疗了。目前的手术治疗手段有关节镜治疗清理损伤部位，还有采用人工韧带或是自体肌腱进行的韧带重建手术等。作为医学之光的干细胞疗法，是如何被科学家们应用在膝关节损伤上的呢？近期的几篇研究中可以给你一些答案。
2020年10月发表在《J Mater Chem B》上的一篇文章“Highly biosafe biomimetic stem cell membrane-disguised nanovehicles for cartilage regeneration（高生物安全性的仿生干细胞膜联合纳米载体用于软骨再生）”，研究团队来自复旦大学附属华山医院。
此研究使用骨髓间充质干细胞制备了一种仿生膜，再将负载软骨再生药物KNG的干细胞仿生膜封装到Fe3O4纳米颗粒里，得到KGN-MNPs。研究人员将KGN-MNPs注射在软骨缺损大鼠的软骨关节中，同时设计仅注射药物KNG的对照组，分析结果并进行比较。试验所用骨髓间充质干细胞均为大鼠自体移植。
下图为三组试验大鼠分别注射生理盐水、KGN药物溶液和KGN-MNPs的结果对比。图a中为术后15天和30天大鼠关节的MR成像。结果可以看出在 15 d 时三组的非移植区域的 MR 成像信号强度降低（图 a1-a3 中的黄色虚线圆圈），这表明未移植区域的这些间隙没有完全被再生组织填充。KGN-MNPs 组未移植区的 MR成像信号在 30天时变得与邻近软骨相似（图 a6），这表明未移植区大部分充满了再生组织。在30天后，生理盐水组和KGN组的信号与相邻软骨的差异也不一致（图 a4 和 a5）。
此外研究还引入了 MOCART 评分系统以对结果进行定量评估（图b）。结果显示KGN-MNPs 组的 MOCART 评分在 30 d 时显著高于生理盐水组（P < 0.01）和KGN组（P < 0.05），而在第15天的 MOCART评分中所有三组均无显著差异。因此MR成像评估结果显示注射KGN-MNPs 组比其他两组填充再生组织的速度更快。
论文资料图
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来源：《J Mater Chem B》
为了进一步研究大鼠再生组织的大体形态，研究使用Goebel评分系统观察和评估了实验标本。下图结果可以看出在第15天和第 30天，KGN-MNPs组的非移植区观察到没有明显间隙的光滑表面（图 a3 和 a6），这说明再生组织几乎与相邻的软骨融为一体。相比之下，生理盐水组和KGN组仍存在明显间隙。此外，KGN-MNP组的 Goebel 评分在 30天时也显著低于生理盐水组（P<0.001）和 KGN 组（P<0.05）（图b）。因此，实验可以初步得出结论在软骨缺损大鼠模型中，与单纯注射药物KGN 相比，关节内注射的KGN-MNPs能够在更短的时间内再生出具有透明状软骨层的组织。此项结果得益于骨髓间充质干细胞得到的仿生膜具有优异的生物相容性。
论文资料图
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来源：《J Mater Chem B》
同年11月份北京中医药大学东直门医院的研究团队也发表了一篇关于柚皮苷联合骨髓间充质干细胞修复兔膝关节软骨缺损的研究“Naringin and bone marrow mesenchymal stem cells repair articular cartilage defects in rabbit knees through the transforming growth factor-β superfamily signaling pathway”，研究结果已刊登在《Exp Ther Med》杂志上。此项研究建立了5组兔膝关节软骨缺损模型后，分为假手术组（Sham）、模型组（Mod）、柚皮苷治疗组（Nar）、骨髓间充质干细胞组（BMSCs）和柚皮苷+ BMSC 组（Nar/BMSCs）。在治疗后12周对兔软骨进行评估，结果显示在这几组损伤模型组中（Mod、Nar、BMSCs和Nar/BMSCs），Nar/BMSCs组的形态修复程度最高。
下图为兔模型12周时关节软骨缺损的大体外观及评估结果。术后12周兔膝关节的一般外观（A）Sham组，（B）Mod组，（C）Nar组，（D）BMSCs组和（E）Nar/BMSCs组。（F）Sham 组、（G）Mod 组、（H）Nar 组、（I）BMSCs 组和（J）Nar/BMSCs 组为兔膝关节的术前形态。最后研究结果发现，柚皮苷和/BMSCs 联合使用对兔膝关节软骨缺损的修复效果比单独使用任何一种治疗更有效，更能促进骨髓间充质干细胞分化为软骨细胞。
论文数据图
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来源：Exp Ther Med
由此可见，目前干细胞疗法在膝关节的临床应用中将更多地同软骨再生药物或者其他治疗手段联合使用，共同发挥临床治疗作用。
今年5月份Healio News报道了美国安德鲁斯研究所骨科和运动医学的骨科医生亚当·安兹Adam W. Anz发现将关节镜骨髓刺激同注射自体干细胞联合使用在治疗大膝软骨缺陷方面可以适当治疗大型软骨缺陷。在一个处于FDA观察期新药的临床2B阶段研究中，Anz和他的同事随机分配了81名膝盖软骨缺陷大于3cm2的患者，接受关节再生技术的治疗。
治疗方案分为两组，一组给予具有透明质酸的自体外周造血干细胞（KLSMC干细胞公司， n=43），另一组给予透明质酸（n=38）。安兹在北美关节镜检查协会和美国骨科医学专业会议上表示：“在24个月随访的患者中，干细胞治疗组有35名，透明质酸治疗组有33名。随访结果在18 个月和 24 个月时显示出统计学意义。”安兹认为干细胞治疗关节再生技术除了用于治疗膝关节的大软骨缺损外，还可能在多个层面上影响骨科领域。这是一种很有前景的临床治疗手段。
延伸阅读：《关节腔注射干细胞后，关节软骨持续再生！》
相关资料图
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来源：公开资料
1. Xingyu Zhang, Jun Chen, Qin Jiang et al. Highly biosafe biomimetic stem cell membrane-disguised nanovehicles for cartilage regeneration [J]. J Mater Chem B. 2020, 8(38): 8884-8893.
2. Chao Ye, Jing Chen, Yi Qu et al. Naringin and bone marrow mesenchymal stem cells repair articular cartilage defects in rabbit knees through the transforming growth factor-β superfamily signaling pathway [J]. Exp Ther Med. 2020, 20(5): 59.
3. 百度健康医典. 膝关节损伤. [EB/OL]. https://www.baidu.com/bh/dict/ydxx_10939502856796297463?tab=概述&title=膝关节损伤&contentid=ydxx_10939502856796297463&query=膝关节受损&sf_ref=dict_home&from=dicta.
4. Healio News. Cell-based intervention appears to be effective in large knee articular cartilage defects. [EB/OL]. [2021-05-12]. https://www.healio.com/news/orthopedics/20210512/cellbased-intervention-appears-to-be-effective-in-large-knee-articular-cartilage-defects.
主编叨叨
干细胞技术的发展，为很多难治疾病提供了创造奇迹的可能，目前已有大量的研究证实，干细胞可促进膝关节损伤的修复和组织再生，基于干细胞的拥有的多向分化潜能，将有望成为组织工程骨构建过程中最常用的种子细胞。
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