來(lái)源： 中國(guó)生物技術(shù)網(wǎng) 2022-05-07 13:52
所有帶有間充質(zhì)干細(xì)胞的納米纖維在植入后都能很好地粘附在肌腱組織上
肌腱是人體重要的纖維結(jié)締組織，在肌肉和骨骼之間傳遞力量以控制身體活動(dòng)。然而，在劇烈運(yùn)動(dòng)中，突然施加的機(jī)械力可能會(huì)損傷肌腱。如：跟腱斷裂。跟腱是人體最粗最大的肌腱之一，對(duì)行走、站立和維持平衡具有重要的意義。“跟腱斷裂”這種聽著都疼的狀況通常在專業(yè)運(yùn)動(dòng)員，或愛跑步、愛打球的人中比較常見?！帮w人”劉翔就曾兩次在奧運(yùn)會(huì)期間因跟腱斷裂，不得不抱憾退賽。
損傷后肌腱導(dǎo)致特定結(jié)構(gòu)被破壞，結(jié)締組織從線狀變?yōu)榕そY(jié)狀，還可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的疤痕，從而改變肌腱的機(jī)械性能和承受負(fù)荷的能力。
在自然愈合的過(guò)程中，肌腱和其他細(xì)胞被招募來(lái)重建原始結(jié)締組織纖維基質(zhì)。然而到目前為止，肌腱組織修復(fù)仍是一個(gè)臨床和科學(xué)挑戰(zhàn)。像跟腱斷裂后的恢復(fù)過(guò)程，短則一兩個(gè)月，長(zhǎng)則一年，并且恢復(fù)后的肌腱通常難以完全恢復(fù)功能，還可能會(huì)導(dǎo)致虛弱和慢性疼痛等引發(fā)生活質(zhì)量下降的健康狀況。
幾十年來(lái)，科學(xué)家們開發(fā)了多種策略試圖更有效地治療肌腱損傷，包括人工移植。但異體移植往往會(huì)導(dǎo)致免疫排斥等并發(fā)癥；而自體移植則有移植體壞死的風(fēng)險(xiǎn)。因此，機(jī)械力、生物相容性和生物降解問(wèn)題一直在阻礙這些努力。
發(fā)表在工程技術(shù)領(lǐng)域頂刊《Small》（IF=13.281）上的一項(xiàng)新研究中，來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了題為“Co-Electrospun Silk Fibroin and Gelatin Methacryloyl Sheet Seeded with Mesenchymal Stem Cells for Tendon Regeneration”的研究論文，在肌腱再生方面取得了顯著進(jìn)展。
間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）是一種在組織再生中發(fā)揮關(guān)鍵作用的特化細(xì)胞。在傷口部位，它們可以分化成各種細(xì)胞類型并產(chǎn)生調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、細(xì)胞遷移和新血管形成的信號(hào)分子。此前，科學(xué)家們?cè)鴩L試將MSC用于組織再生。
然而，MSC的全身輸注、直接注射或基因修飾的治療方法都存在障礙，如：輸注缺乏對(duì)損傷部位的靶向特異性，直接注射又對(duì)細(xì)胞數(shù)量要求過(guò)高，基因修飾則效率低，產(chǎn)生的細(xì)胞難以分離。
在這項(xiàng)新研究中，研究人員開發(fā)了一種新方法——構(gòu)建生物材料支架，通過(guò)支架引入間充質(zhì)干細(xì)胞和生長(zhǎng)因子，以生成新的肌腱組織。
首先，他們研究了絲素蛋白（SF），這是一種由家蠶生產(chǎn)的蠶絲蛋白。除了用于美麗的絲綢織物外，絲素蛋白還用于光學(xué)和電子設(shè)備，以及多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，從縫合材料到生物工程韌帶、骨骼甚至是角膜組織。由于其優(yōu)越的強(qiáng)度、耐久性、生物相容性和降解性，絲素蛋白非常適合用于肌腱支架。
為了提高支架的組織再生能力，研究人員又將絲素蛋白與甲基丙烯?；髂z（GelMA）相結(jié)合。GelMA是一種光敏性生物材料，具有生物相容性、可降解性、硬度以及促進(jìn)細(xì)胞附著和生長(zhǎng)的能力。
研究人員表示，GelMA支持再生組織形成的能力，絲素蛋白具有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，這兩種材料的協(xié)同效應(yīng)會(huì)特別適合肌腱修復(fù)。
隨后，他們還制備了具有不同比例的絲素蛋白和GelMA的混合物（SG），并將它們制成納米纖維薄片。然后，對(duì)其結(jié)構(gòu)和彈性進(jìn)行測(cè)試，從而確定了具有最佳機(jī)械性能的配方比（SF和GelMA的重量比為 7:1）。研究人員觀察到，絲素蛋白使支架材料的孔隙度增加，這更有助于肌腱修復(fù)。
優(yōu)化后的SG納米纖維被植入間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC），研究人員測(cè)量了MSC的相容性和分化、生長(zhǎng)因子產(chǎn)生，以及引發(fā)基質(zhì)形成的遺傳活性。
他們發(fā)現(xiàn)，與未使用GelMA的絲素蛋白納米纖維相比，絲素蛋白與GelMA復(fù)合物（SG）上的MSC細(xì)胞活力和增殖能力均有所提高。遺傳分析顯示，SG中的MSC相關(guān)基因活性顯著增加，而絲素蛋白納米纖維上的相關(guān)基因活性較低。
染色測(cè)試顯示，SG上MSC的附著率超過(guò)了80%，并且附著的細(xì)胞具有細(xì)長(zhǎng)形狀的特征；而絲素蛋白納米纖維上觀察到的球狀細(xì)胞的附著率為60%。
進(jìn)一步測(cè)試表明，SG上的MSC產(chǎn)生的生長(zhǎng)因子能很好地修復(fù)在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的受傷肌腱組織。
最后，研究人員使用大鼠跟腱損傷模型研究了SG的治療效果。他們發(fā)現(xiàn)，所有帶有間充質(zhì)干細(xì)胞的納米纖維在植入后都能很好地粘附在肌腱組織上，與通常需要固定過(guò)程的傳統(tǒng)支架相比，SG納米纖維在臨床應(yīng)用上更加實(shí)用，它促進(jìn)了最快速的愈合，使損傷部位減少，并形成了排列整齊、致密的肌腱纖維和重塑的肌肉成分。
研究通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分校生物工程和微創(chuàng)治療中心的Ali Khademhosseini博士說(shuō)："肌腱修復(fù)的組織重塑尤其難以實(shí)現(xiàn)，我們的工作大大推進(jìn)了這一進(jìn)展"。
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