互联网2023-02-28 16:59:20
Cedars-Sinai 研究人员领导的两项新发现表明，干细胞疗法可以帮助加速和促进骨骼和肌腱损伤的愈合。
“我们正在使用发育生物学和干细胞技术来修复和再生受损的骨骼和肌腱组织，这有可能显着改变患者的预后，”骨科、外科系助理教授 Dmitriy Sheyn 博士说。和 Cedars-Sinai 的生物医学科学。
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使用 iMSCs 修复肌腱和韧带
在《骨科研究杂志》上发表的第一项研究中，Cedars-Sinai 的科学家表明，称为诱导多能干细胞衍生的间充质基质细胞 (iMSCs) 的 专门工程干细胞可以比其他类型的细胞更有效地再生和修复肌腱。
这一发现是在开发一种有效的细胞疗法来修复受伤的肌腱和韧带方面向前迈出的一步，这是运动医学中的一个重要问题。肌腱损伤通常与高发病率、长期残疾和痛苦的康复期有关，在此期间经常会发生继发性肌腱断裂。
“使用多能干细胞的主要优势之一是它们可能代表肌腱细胞的无限来源，肌腱和韧带中的细胞，”Sheyn 说，他也是 Cedars-Sinai 理事会再生医学研究所的研究员。“有一天，这些细胞也可以为肌腱细胞治疗应用提供现成的同种异体来源。”
肌腱——连接肌肉和骨骼的软组织，或者在连接韧带的情况下，连接骨骼和骨骼——的愈合能力非常低，肌腱撕裂或断裂会导致极度疼痛。即使在肌腱愈合后，它也永远不会恢复到受伤前的功能，并且再次断裂的几率很高。
为了找到更好地修复这些损伤的方法，研究人员将目光投向了 iMSC。
Sheyn，他是该研究的资深作者和通讯作者;Angela Papalamprou，博士，Sheyn 实验室的博士后，也是该研究的第一作者;研究小组对细胞进行了工程改造，使其产生一种称为硬化症的转录因子，这在肌腱发育中很重要。
他们发现 iMSCs 能够成功地增加产生的硬化症的数量，这有助于 iMSCs 形成肌腱样组织并变得更像肌腱细胞。
然后他们将细胞暴露在一种称为循环加载的机械应力下，这是一个有助于引导 iMSC 发育成肌腱细胞的过程。
“虽然需要进一步研究来确定这些改良的 iMSCs 用于肌腱修复的全部潜力，但结果表明 iMSCs 可以有效地转变为肌腱细胞，并显示出作为肌腱修复潜在细胞疗法的前景，”Sheyn说。
用颅骨特异性干细胞和 3D 打印修复颅骨
在发表在《科学报告》上的第二项研究中，科学家们发现使用 iPSC 衍生的颅骨特异性干细胞并将它们嵌入特殊的 3D 可打印材料中可以帮助治愈颅骨中受伤的骨骼。
研究人员发现这种被称为生物墨水的材料比 iMSC 等其他类型的细胞更有效地帮助细胞存活并形成新的骨细胞。在小鼠身上进行测试时，将生物墨水与颅骨特异性干细胞结合使用，比其他类型的受测细胞更有助于修复颅骨。
“治疗颅骨损伤是一项重大的临床挑战，”该研究的通讯作者 Sheyn 说。“像这样的新再生方法有可能成为一种强大的新选择，可能有助于解决颅面重建需求。”
目前，当有人遭受外伤性颅骨损伤时，他们通常需要使用骨头或合成材料进行移植来修复伤口。虽然使用自己的骨头通常是最好的选择，但供体部位的发病率是一个限制因素，而且使用钛或聚合物等合成材料通常与高感染率和并发症有关，尤其是对儿童而言。
调查人员发现 3D 生物打印是一种潜在的解决方案。这是一项发展中的技术，可以用不同的生物材料制造支架，这些支架可以模仿损伤的形状、大小和尺寸。
然而，研究人员发现仅使用 3D 生物打印材料是不够的。
“虽然 3D 打印可以为我们提供我们想要的形状，但我们在 3D 打印领域面临的问题是我们无法使用细胞进行打印，因为打印技术与细胞不兼容，”Sheyn 说。“真正有助于伤口愈合和修复的是细胞。”
看看他们是否可以改进新技术，Sheyn;Giselle Kaneda，Sheyn 实验室的研究助理和研究作者;Sheyn 实验室的其他成员测试了两种生物墨水，看看哪一种能提供更好的生存能力，并更好地用于细胞分化和再生颅骨中可能修复缺陷的新细胞。
他们专门研究了不同类型的 iPSC 衍生细胞，并添加了一种名为 BMP6 的特殊蛋白质，以查看它是否可以帮助生成用于颅骨重建的可行骨移植替代品。
他们发现，与使用 iMSCs 相比，颅骨特异性干细胞与 BMP6 和生物墨水的结合更有效地刺激了骨骼中的损伤愈合。
“这些结果突出了生物墨水支架的可印刷性及其支持干细胞存活和分化的能力，使它们对颅面重建具有吸引力，”Sheyn 说。
