“跳舞分子”能快速修復軟骨細胞

據最新一期《美國化學學會雜志》報道，美國西北大學團隊利用快速移動的“跳舞分子”修復受損的人類軟骨細胞。該療法可在短短4小時內激活再生軟骨所需的基因表達。而且，僅僅3天后，人類細胞就產生了軟骨再生所需的蛋白質成分。研究人員還發現，隨著分子運動的增加，治療的有效性也隨之增加。換言之，分子的“跳舞”對于觸發軟骨生長至關重要。

與移動速度較慢的分子相比，用快速移動的舞動分子（左）處理軟骨細胞時，軟骨細胞會產生更多的蛋白質成分（膠原蛋白 II 和聚集蛋白聚糖）。圖片來源：美國西北大學

這種可注射療法是西北大學研究人員于2021年11月推出的。當時，該療法利用快速移動的“跳舞分子”來修復組織，并成功逆轉了小鼠因嚴重脊髓損傷造成的癱瘓。

骨關節炎是一種退行性疾病，關節組織會隨著時間的推移而退化。嚴重骨關節炎患者中，軟骨可能因磨損而變得非常薄，而唯一有效的治療方法通常是昂貴的且具有侵入性的關節置換手術。

研究團隊認為，“跳舞分子”有望促進頑固性組織再生。“跳舞分子”是一種由數十到數十萬個分子組成的合成納米纖維組裝體。“跳舞分子”具有強大的細胞信號傳導能力，移動的分子能迅速找到并正確結合細胞受體。

一旦進入體內，“跳舞分子”就會模仿周圍組織的細胞外基質。通過匹配基質的結構，模仿生物分子的運動，并整合受體的生物活性信號，這種合成材料能夠與細胞進行通信。

團隊研究了對軟骨形成和維持至關重要的特定蛋白質的受體。為了靶向這種受體，他們開發了一種新的環形肽，該肽模擬了轉化生長因子β-1（TGFb-1）的蛋白質生物活性信號。

接著，他們將這種肽整合到兩種不同的分子中。兩種分子相互作用在水中形成超分子聚合物，每個分子都具有相同的模擬TGFb-1的能力。團隊設計了一種具有特殊結構的超分子聚合物，使其分子能夠在大型組裝體內更自由地移動。然而，另一種超分子聚合物限制了分子運動。

3天后，暴露在更具移動性的分子組裝體中的人體細胞，產生了更多軟骨再生所需的蛋白質成分。團隊認為，對于軟骨基質中的一種關鍵成分——膠原蛋白Ⅱ的產生，含有激活TGFb-1受體的環形肽的“跳舞分子”甚至比生物系統中具有此功能的天然蛋白質更有效。