软骨修复新希望：可注射干细胞组装体 | NSR

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研究者构筑了一种可以注射到软骨缺损部位的三维干细胞组装体，它可以在体外快速组装并填充到缺损处，并促进干细胞向软骨分化，从而帮助极限软骨缺损的修复。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），通讯作者为西北工业大学张秋禹教授、美国罗格斯大学Ki-Bum Lee教授、空军军医大学口腔医院孔亮副教授，共同第一作者为王慎强博士、阳乐涛博士、蔡卜磊副教授。

Pixabay/WolfBlur

关节软骨可以减少骨组织之间的摩擦，承受和转移载荷，保证关节能够平稳运动。然而，由于软骨中没有血管和淋巴组织，一经运动创伤或疾病便难以再生，致使关节功能紊乱、受损部位难以愈合，最终可能导致残疾。

近年来，干细胞疗法为解决上述问题提供了新希望。干细胞，尤其是骨髓来源间充质干细胞（BMSC），在被移植到损伤部位后，会释放相应的营养因子，在缓解疼痛的同时，分化为软骨细胞，从而修复软骨缺损。目前，多项基于BMSC 的治疗方法已经进入临床研究，但仍面临一系列挑战，如：

• 体内BMSC软骨分化可控性较低，可能导致修复失败；
• 损伤部位微环境恶劣，可能存在严重的免疫反应以及由活性氧物种（ROS）过量而导致的氧化应激，使得BMSC移植后的存活率较低。

该研究制备的干细胞组装体中包含（文字颜色对应下图中各成分的颜色）：骨髓来源间充质干细胞（BMSC）、一维MnO₂纳米管（形成组装体结构），细胞外基质（ECM）蛋白（修饰纳米管与BMSC组装，促进细胞间和细胞与ECM间相互作用）和TGF-β3蛋白（负载于纳米管上，深入均匀释放进一步促进干细胞分化）。

可注射干细胞组装体

在被注射到软骨损伤部位后，这些成分可相互配合，从几方面促进干细胞向软骨分化，并提高细胞成活率，促进修复：

• 在细胞-细胞和细胞-基质间相互作用下，干细胞中的Wnt和FAK信号通路被激活，促进软骨细胞外特异性基质Aggrecan和Col II的分泌，促进细胞分化。
• 随着MnO₂纳米管的降解，TGF-β3被深入递送到三维细胞结构中，提高干细胞分化效率。
• MnO₂纳米管本身具有过氧化氢酶拟酶活性，可高效清除ROS，改善微环境，促进干细胞的存活、增殖和分化。

为验证上述构想，研究者将上述干细胞组装体注射到兔关节缺损处，获得了良好的修复结果。 

兔软骨的修复过程与修复效果

该研究为细胞三维组装以及多种组织缺损的修复提供了一种新的研究思路。

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