【消費電子實驗室-2020/8/20】在美國，有5500多萬人遭受關(guān)節(jié)軟骨損傷的折磨，近四分之一的美國成年人患有關(guān)節(jié)炎，更多的人受到關(guān)節(jié)疼痛和炎癥的困擾。很長一段時間以來，人們一直認為成年軟骨在受傷后不會再生。而近日，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種在小鼠和人體組織中再生關(guān)節(jié)軟骨墊的方法。

該研究由斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院干細胞生物學(xué)與再生醫(yī)學(xué)研究所的Matthew Murphy博士領(lǐng)導(dǎo)，并于8月17日發(fā)表在《自然醫(yī)學(xué)》雜志上，題為“Articular cartilage regeneration by activated skeletal stem cells”

在該研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了如何使關(guān)節(jié)軟骨再生的方法：首先對關(guān)節(jié)組織造成輕微損傷，然后在損傷愈合時，利用化學(xué)信號來控制骨骼干細胞的生長。

外科助理教授Charles K.F.Chan博士說：“軟骨在成年后幾乎沒有再生潛力，所以一旦它受傷或消失，我們能為患者做的就非常有限。能找到一種方法來幫助身體再生這一重要組織是非常令人欣慰的。”

這項研究建立在斯坦福大學(xué)先前的研究基礎(chǔ)上，該研究成功分離了骨骼干細胞，這種自我更新的細胞同時也負責(zé)骨骼、軟骨和一種幫助骨髓中血細胞發(fā)育的特殊類型的細胞產(chǎn)生。

軟骨損傷可以通過一種稱為微骨折的技術(shù)來治療，該技術(shù)是在關(guān)節(jié)表面鉆一些小孔。微骨折技術(shù)促使人體在關(guān)節(jié)中產(chǎn)生新組織，但新組織與軟骨不太相似。

該研究的共同資深作者Chan說：“微骨折產(chǎn)生的纖維軟骨，實際上更像是疤痕組織，而不是天然軟骨。它能覆蓋骨骼，不過它不具有天然軟骨的彈性，而且它的降解速度相對較快，但總比什么都沒有好。”

最新的研究部分是通過外科醫(yī)生Matthew Murphy博士的工作產(chǎn)生的，他是斯坦福大學(xué)的客座研究員，現(xiàn)在在曼徹斯特大學(xué)工作。Murphy說：“我從未聽說有人真正了解過微裂縫的作用。現(xiàn)在我意識到了解這一過程的唯一方法是觀察微骨折后干細胞的功能。” Murphy也是該論文的主要作者。

Chan說，很長一段時間以來，人們一直認為成年軟骨在損傷后不會再生，因為組織中沒有很多可以激活的骨骼干細胞。研究小組利用小鼠模型，證明微骨折確實激活了骨骼干細胞。但是，這些被激活的骨骼干細胞會按照它們自己的節(jié)律在關(guān)節(jié)中再生纖維軟骨。

但是，如果微骨折后的愈合過程可以轉(zhuǎn)向軟骨的發(fā)展而不是纖維軟骨呢？研究人員知道，隨著骨骼的發(fā)育，細胞在變成骨骼之前必須首先經(jīng)歷軟骨階段。他們的想法是，他們可能會鼓勵關(guān)節(jié)中的骨骼干細胞沿著走向骨骼的路徑開始，但在軟骨階段停止該過程。

研究人員使用一種稱為骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP2）的強大分子來啟動微骨折后的骨形成，隨后通過阻斷另一種對骨形成重要的信號分子，稱為血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的分子中止了該過程。

Chan說：“我們最終得到的是軟骨，它由與天然軟骨相同的細胞組成，具有相似的力學(xué)性能，這與我們通常得到的纖維軟骨不同，它還恢復(fù)了骨關(guān)節(jié)炎小鼠的活動能力，并大大減輕了它們的疼痛。”

為了證明這種方法也可能在人體中起作用，研究人員將人體組織轉(zhuǎn)移到小鼠體內(nèi)，使其移植后不會排斥組織，并能夠證明人體骨骼干細胞可以引導(dǎo)骨骼發(fā)育，并止于軟骨階段。

下一階段的研究是在開始人類臨床試驗之前，對大型動物進行類似的實驗。Murphy指出，由于小鼠關(guān)節(jié)非常小，很難處理，因此當它們移入相對較大的關(guān)節(jié)時，可能會對系統(tǒng)進行一些改進。

第一個人體臨床試驗可能是針對手指和腳趾患有關(guān)節(jié)炎的人。Murphy說：“我們可能從小關(guān)節(jié)開始，如果行得通，我們將向膝蓋等更大的關(guān)節(jié)發(fā)展。目前，手指關(guān)節(jié)炎最常見的手術(shù)之一就是切除拇指根部的骨頭。在這種情況下，我們可以嘗試這樣做以保存關(guān)節(jié)。改進的潛力很大，而不利的一面是我們會回到以前的狀態(tài)。”

該研究的共同資深作者Longaker指出，他們發(fā)現(xiàn)的優(yōu)點之一是潛在療法的主要成分被FDA批準為安全有效。他說：“BMP2已被批準用于幫助骨骼愈合，而VEGF抑制劑已被用作抗癌療法。這將有助于加快我們開發(fā)的療法的批準。”

關(guān)節(jié)置換手術(shù)徹底改變了醫(yī)生治療關(guān)節(jié)炎的方式，這一現(xiàn)象非常普遍：到80歲時，每10個人中就有1人會進行髖關(guān)節(jié)置換，20人中就有1人會進行膝關(guān)節(jié)置換。但是，這種關(guān)節(jié)置換術(shù)具有極強的侵入性，使用壽命有限，只有在關(guān)節(jié)炎發(fā)作和患者忍受持久疼痛后才進行。研究人員表示，他們設(shè)想有一天，人們可以通過在關(guān)節(jié)軟骨嚴重退化之前使關(guān)節(jié)中的軟骨恢復(fù)活力，從而避免患上關(guān)節(jié)炎。

參考：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-08-method-regrow-cartilage-joints.html

【2】https://www.nature.com/articles/s41591-020-1013-2