PNAS：關鍵分子促進干細胞生成軟骨

　　軟骨損傷很難修復，目前人們一般是通過手術，將取自另一處關節的組織填補到受損區域。這一過程會對健康軟骨造成損害，而且患者的軟骨會隨著年齡增大而惡化。

　　賓夕法尼亞大學的一項新研究，通過新型水凝膠系統，利用患者自身的干細胞生成軟骨，其效果比普通水凝膠更好，文章發表在美國國家科學院院刊PNAS雜志上。

　　“我們嘗試開發新方法來置換受損的軟骨組織，并希望能夠通過表面置換，來改善年齡增長造成的軟骨退化。這項研究就是在尋找，促使干細胞生成最佳軟骨的正確環境，”賓夕法尼亞大學的副教授Jason Burdick說。

　　Burdick及其同事長期從事間充質干細胞研究，這是一種位于骨髓中的成體干細胞，能夠轉變成為骨、脂肪或軟骨細胞。此前，研究團隊曾將間充質干細胞填入水凝膠系統，促使其分化成為脂肪細胞或骨細胞。

　　在體外生成軟骨的第一步是啟動軟骨生成，或者說讓間充質干細胞分化為軟骨細胞。然后再以此為基礎，生成包含膠原和糖的海綿狀基質。雖然成體軟骨細胞在組織中的密度較低，但在軟骨生成時期細胞之間的距離很近，這是體外生成軟骨面臨的一大挑戰。

　　“軟骨組織工程所用的標準水凝膠會使細胞分開，”Burdick說，“使細胞喪失相關信號和相互作用。由于在軟骨細胞形成時，細胞通過鈣粘素相互作用，我們利用這一點對水凝膠系統進行了改進。”

　　研究人員用一種多肽模擬鈣粘素，將其結合在水凝膠系統上。“盡管我們還不了解鈣粘素和軟骨生成的直接關連，”賓夕法尼亞大學的副教授Robert Mauck說，“但我們知道，在組織形成早期增強鈣粘素相互作用，能生成更多的軟骨。如果阻斷鈣粘素，軟骨形成量就很少。”

　　為了測試上述多肽的效果，研究人員將間充質干細胞填入多種凝膠進行實驗，包括不含多肽的普通水凝膠、含多肽的水凝膠、含多肽和抗體的水凝膠(抗體會阻斷鈣粘素相互作用)。研究人員發現一周后，多肽凝膠中的細胞，表現出的軟骨生成標志更多。

　　隨后，研究人員將上述凝膠培養四周，這段時間足以形成軟骨基質。四周后，他們用這些凝膠進行功能性測試(如機械負荷)，發現多肽水凝膠的表現更接近天然軟骨。II型膠原和硫酸軟骨素是軟骨基質的組成成分，研究人員對這些分子進行染色，發現多肽凝膠中這些分子也明顯較多。

　　“這項研究向人們展示，水凝膠中的鈣粘素信號能夠促進軟骨生成，”Burdick說。