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軟骨損傷修復(fù)「新武器]，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體

干細(xì)胞者說 >《干細(xì)胞者說》

2021.11.25

關(guān)注

人生小哲理

干細(xì)胞者說

不貶不褒

如實(shí)陳述

方為科普之道

正文

“激活內(nèi)源性干細(xì)胞”是一種很有前景的組織修復(fù)方法。臍帶來源的MSC-Exos可促進(jìn)軟骨再生。這可能歸因于外泌體能促進(jìn)內(nèi)源性BMSCs和軟骨細(xì)胞的增殖分化，同時對關(guān)節(jié)腔內(nèi)的炎癥反應(yīng)具有抑制作用，還可促進(jìn)軟骨外基質(zhì)的合成。

撰文：步步先生

來源：干細(xì)胞者說

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骨關(guān)節(jié)炎（Osteoarthritis，OA）是一種退行性關(guān)節(jié)疾病，在中老年群體中發(fā)病率極高，主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛及功能障礙。在中國50歲以上的人群中有8.1%的人為有癥狀的膝骨關(guān)節(jié)炎患者，共計3000余萬人。

到目前為止，還沒有一種方法能夠完全治愈骨關(guān)節(jié)炎。目前，骨關(guān)節(jié)炎的治療往往是通過理療、改變生活習(xí)慣、藥物治療或關(guān)節(jié)置換。非甾體類抗炎藥（如布洛芬、阿片類鎮(zhèn)痛藥物）和免疫抑制劑（如甲氨蝶呤），只能通過抑制炎癥和緩解部分癥狀，促進(jìn)軟骨修復(fù)的能力并不強(qiáng)。

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基礎(chǔ)知識

骨關(guān)節(jié)炎和MSCs

關(guān)節(jié)軟骨受到損傷后，自我愈合能力非常有限。如果損傷得不到及時治療，很容易引起骨關(guān)節(jié)炎（OA），將嚴(yán)重危害人體健康。目前，采用外科手術(shù)雖然可以使纖維軟骨再生，但其機(jī)械性能要比透明軟骨差。

間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的治療作用，主要?dú)w因于其在炎癥環(huán)境調(diào)控下發(fā)揮的免疫調(diào)節(jié)功能，可以用于治療廣泛的退行性和炎性疾病。間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）治療是一種有前景的關(guān)節(jié)軟骨再生方法。人臍帶來源的間充質(zhì)干細(xì)胞（UC-MSCs），是組織工程化關(guān)節(jié)軟骨的優(yōu)良種子細(xì)胞。

干細(xì)胞外泌體

外泌體是一種直徑為30-150nm的細(xì)胞外囊泡，被認(rèn)為是優(yōu)良的藥物遞送載體。同時，具有獨(dú)特性的介導(dǎo)細(xì)胞間通信和相互作用。研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體（MSC-Exos）具有與間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）相似的生物學(xué)功能，在組織修復(fù)和再生中起著重要作用。外泌體可以避免MSCs移植風(fēng)險，在儲存和運(yùn)輸方面也相對容易。MSC-Exos 被認(rèn)為是MSCs在某些疾病治療的理想替代品。

脫細(xì)胞軟骨細(xì)胞外基質(zhì)（ACECM）支架具有垂直排列的仿生結(jié)構(gòu)，可為干細(xì)胞的粘附、增殖和分化提供微環(huán)境。在軟骨再生修復(fù)過程中，如果支架結(jié)合干細(xì)胞外泌體使用，是不是起到更好的修復(fù)效果。

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外泌體+支架，促進(jìn)軟骨損傷修復(fù)

中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院李旭研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體（MSC-Exos）與脫細(xì)胞軟骨細(xì)胞外基質(zhì)（ACECM）支架相結(jié)合，可促進(jìn)軟骨缺損再生修復(fù)，并解釋了外泌體促進(jìn)骨軟骨再生的機(jī)制。該研究發(fā)表于Bioactive Materials 雜志上，題目如下：

研究思路：

圖研究示意圖

研究者將臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體（MSC-Exos）與脫細(xì)胞軟骨細(xì)胞外基質(zhì)(ACECM)支架結(jié)合，設(shè)計了一個修復(fù)骨軟骨缺損的支架。本研究從關(guān)節(jié)腔微環(huán)境的角度，初步闡述了體外促進(jìn)骨軟骨再生的機(jī)理。通過miRNA測序和富集途徑，進(jìn)一步確定了MSC-Exos在軟骨再生過程中，可能發(fā)揮作用的有效成分和信號通路。

圖 MSC-Exos對BMSC影響的體外實(shí)驗

體外實(shí)驗結(jié)果表明，MSC-Exos可促進(jìn)體內(nèi)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）的遷移和增殖以及軟骨細(xì)胞的增殖，促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化。

動物實(shí)驗

支架制備：

制得直徑3.5mm、厚度1.5mm的圓形ACECM支架樣品，用Co60消毒備用。

動物模型：

在兔股骨髕骨打一個直徑3.5mm、深度1.5mm的孔，制備兔軟骨缺損模型。在軟骨缺損模型中，植入ACECM支架，注射干細(xì)胞外泌體，作為實(shí)驗組。手術(shù)3-6個月后，評價干細(xì)胞外泌體（MSC-Exos）對軟骨損傷的修復(fù)效果。

兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)模型結(jié)果證實(shí)，MSC-Exos可以增強(qiáng)ACECM支架的作用并促進(jìn)軟骨再生，明顯優(yōu)于對照組。

圖巨噬細(xì)胞的免疫熒光染色實(shí)驗

圖巨噬細(xì)胞極化分析

為了進(jìn)一步探討外泌體調(diào)節(jié)炎癥的機(jī)制，研究者進(jìn)行了各種巨噬細(xì)胞（標(biāo)記物分別為CD68、CD86和CD206）免疫熒光染色，研究人員發(fā)現(xiàn)，MSC-Exos可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞的浸潤，并使巨噬細(xì)胞向M2表型的極化。

外泌體促進(jìn)軟骨損傷修復(fù)的可能機(jī)制

大鼠膝關(guān)節(jié)軟骨缺損模型的進(jìn)一步研究中，MSC-Exos可調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)腔微環(huán)境，主要表現(xiàn)為促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2表型的極化。并抑制炎癥反應(yīng)。這可能是MSC-Exos促進(jìn)軟骨再生的主要因素。miRNA測序證實(shí)，MSC-Exos包含許多miRNA，可促進(jìn)透明軟骨再生。本研究通過分析，進(jìn)一步闡明了MSC-Exos在軟骨再生中的作用。

圖外泌體促進(jìn)軟骨損傷修復(fù)的可能機(jī)制

本研究證實(shí)，MSC-Exos 可以增強(qiáng)軟骨缺損模型中ACECM支架的再生修復(fù)效果。這可能歸因于外泌體能促進(jìn)內(nèi)源性BMSCs和軟骨細(xì)胞的增殖，同時對關(guān)節(jié)腔內(nèi)的炎癥反應(yīng)具有抑制作用，還可促進(jìn)軟骨外基質(zhì)的合成。

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文末小結(jié)

本研究證實(shí)，臍帶來源的MSC-Exos可促進(jìn)軟骨再生。這可能歸因于外泌體對關(guān)節(jié)腔炎癥反應(yīng)的抑制作用，還有外泌體中miRNA對軟骨外基質(zhì)的合成作用。本研究為“無細(xì)胞”療法促進(jìn)軟骨再生提供了重要的理論依據(jù)。MSC-Exos和ACECM支架組成的“無細(xì)胞”療法是實(shí)現(xiàn)軟骨再生修復(fù)的有效方法。

參考文獻(xiàn)：

Enhancement of acellular cartilage matrix scaffold by Wharton's jelly mesenchymal stem cell-derived exosomes to promote osteochondral regeneration. Bioact Mater. 2021 Feb 13;6(9):2711-2728.

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