PNAS：促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞形成軟骨的新方法
來源：生物360
軟骨損傷很難修復(fù)。而且當(dāng)人們衰老時(shí)，軟骨細(xì)胞的健康和活力也隨之下降。基于此，利用成年人軟骨細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)的效果是非常低的。而干細(xì)胞仍然保持這種至關(guān)重要的修復(fù)能力，因此生物工程師們對(duì)找到利用病人自己的干細(xì)胞培養(yǎng)軟骨的新方法充滿興趣。
近日，賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院（University of Pennsylvania）和香港中文大學(xué)和的研究人員找到了讓成體干細(xì)胞產(chǎn)生最好軟骨的合適環(huán)境。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)將 MSCs 包被在水凝膠---模擬干細(xì)胞在自然條件下生長的一些環(huán)境條件的聚合物網(wǎng)絡(luò)---中時(shí)，能夠優(yōu)先地誘導(dǎo) MSCs 變成脂肪細(xì)胞樣細(xì)胞或骨細(xì)胞樣細(xì)胞。
培養(yǎng)新軟骨的第一步就是誘導(dǎo) MSCs 分化為軟骨細(xì)胞，而這些軟骨細(xì)胞產(chǎn)生由骨膠原和糖分子組成的海綿狀基質(zhì)來潤滑關(guān)節(jié)。促進(jìn)這種分化的一大挑戰(zhàn)就是盡管成體軟骨細(xì)胞在組織中的密度較低，但是實(shí)際的軟骨形成始于靠得非常近的干細(xì)胞。
研究人員表示，對(duì)用于軟骨組織工程的典型水凝膠而言，將干細(xì)胞在空間中分離開，因此它們喪失了初始的信號(hào)和相互作用。就在這時(shí)，研究人員開始想到鈣粘蛋白，即讓這些干細(xì)胞之間彼此相互作用的分子，可能發(fā)揮著重要作用，特別是在它們首先變成軟骨細(xì)胞的時(shí)候。
為了模擬這種環(huán)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(jié)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(guān)聯(lián)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(qiáng)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(dǎo) MSCs 認(rèn)為它們附近有同伴。
為了測(cè)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(nèi)的 MSCs 表達(dá)更多的軟骨形成遺傳標(biāo)記物。
第二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)涉及培養(yǎng)這些包被著 MSCs 的水凝膠4周的時(shí)間，這種時(shí)間足夠允許 MSCs 開始產(chǎn)生軟骨基質(zhì)。這使得研究人員開展功能性測(cè)試，如測(cè)試它們的機(jī)械負(fù)荷性能。他們發(fā)現(xiàn)相對(duì)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(fā)揮作用。
研究人員也對(duì)這些水凝膠進(jìn)行切片，并針對(duì)II型骨膠原和硫酸軟骨素對(duì)它們?nèi)旧渲羞@兩種分子是軟骨基質(zhì)中的一部分。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)這些含有肽分子的包被著 MSCs 的水凝膠產(chǎn)生更多的表明這些基質(zhì)形成的標(biāo)記物。
研究人表示，這項(xiàng)研究成果強(qiáng)烈證實(shí)，這種鈣粘蛋白信號(hào)能夠改善人工合成水凝膠中的軟骨形成反應(yīng)。
相關(guān)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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