PNAS：促進間充質干細胞形成軟骨的新方法
來源：生物360
軟骨損傷很難修復。而且當人們衰老時，軟骨細胞的健康和活力也隨之下降。基于此，利用成年人軟骨細胞進行修復的效果是非常低的。而干細胞仍然保持這種至關重要的修復能力，因此生物工程師們對找到利用病人自己的干細胞培養軟骨的新方法充滿興趣。
近日，賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院（University of Pennsylvania）和香港中文大學和的研究人員找到了讓成體干細胞產生最好軟骨的合適環境。他們發現當將 MSCs 包被在水凝膠---模擬干細胞在自然條件下生長的一些環境條件的聚合物網絡---中時，能夠優先地誘導 MSCs 變成脂肪細胞樣細胞或骨細胞樣細胞。
培養新軟骨的第一步就是誘導 MSCs 分化為軟骨細胞，而這些軟骨細胞產生由骨膠原和糖分子組成的海綿狀基質來潤滑關節。促進這種分化的一大挑戰就是盡管成體軟骨細胞在組織中的密度較低，但是實際的軟骨形成始于靠得非常近的干細胞。
研究人員表示，對用于軟骨組織工程的典型水凝膠而言，將干細胞在空間中分離開，因此它們喪失了初始的信號和相互作用。就在這時，研究人員開始想到鈣粘蛋白，即讓這些干細胞之間彼此相互作用的分子，可能發揮著重要作用，特別是在它們首先變成軟骨細胞的時候。
為了模擬這種環境，研究人員使用一種模擬這些鈣粘蛋白相互作用的肽分子，并讓這些肽分子結合到用來包被 MSCs 的水凝膠上。
研究人員指出，盡管鈣粘蛋白和軟骨形成之間的直接關聯性還沒有被完全理解，但是人們已知道如果在軟骨組織形成早期能夠增強這些相互作用，那么就能夠制造出更 多的軟骨，反之，如果人們阻斷這些相互作用，那么就獲得比較少的軟骨。這種水凝膠所做的事情就是誘導 MSCs 認為它們附近有同伴。
為了測試這種模擬鈣粘蛋白的肽分子的有效性，研究人員將 MSCs 包被在幾種其他類型的水凝膠---普通的不含這種肽分子的水凝膠，含有序列雜亂的非功能性肽分子的水凝膠，含有這種肽分子和一種阻斷鈣粘蛋白相互作用的抗體的水凝膠---中。
在7天之后，包被在含有這種肽分子的水凝膠內的 MSCs 表達更多的軟骨形成遺傳標記物。
第二項實驗涉及培養這些包被著 MSCs 的水凝膠4周的時間，這種時間足夠允許 MSCs 開始產生軟骨基質。這使得研究人員開展功能性測試，如測試它們的機械負荷性能。他們發現相對于其他的水凝膠，含這種肽分子的包被著 MSCs 的水凝膠更像天然的軟骨那樣能夠發揮作用。
研究人員也對這些水凝膠進行切片，并針對II型骨膠原和硫酸軟骨素對它們染色，其中這兩種分子是軟骨基質中的一部分。結果他們發現這些含有肽分子的包被著 MSCs 的水凝膠產生更多的表明這些基質形成的標記物。
研究人表示，這項研究成果強烈證實，這種鈣粘蛋白信號能夠改善人工合成水凝膠中的軟骨形成反應。
相關研究論文刊登在了近期出版的《PNAS》雜志上。
原文檢索：
Liming Biana, Murat Guvendirena, Robert L. Maucka and Jason A. Burdicka. Hydrogels that mimic developmentally relevant matrix and N-cadherin interactions enhance MSC chondrogenesis. PNAS June 3, 2013; doi:10.1073/pnas.1214100110
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