image: a）可注射干细胞组装体促进细胞-细胞/细胞-基质相互作用同时负载促软骨分化药物；b）ECM包覆和TGF-β3负载的MnO2纳米管示意图；c）FESEM图显示BMSC之间及其与一维纳米纤维之间紧密连接；d）通过重塑氧化微环境、增加细胞存活率和促进移植细胞软骨分化效率，实现增强软骨再生。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了西北工业大学张秋禹教授联合美国罗格斯大学Ki-Bum Lee教授和空军军医大学口腔医院孔亮副教授的研究成果，该研究团队通过构筑一种可注射干细胞组装体，并将其应用于极限软骨缺损的修复中。
关节软骨作为骨组织之间的界面，具有减少摩擦，承受和转移载荷的作用，在关节平稳运动中起到至关重要的作用。然而，由于软骨中无血管和淋巴组织，一经运动创伤和疾病，再生困难，致使关节功能紊乱以及受损部位难以愈合，并最终导致残疾。近年来，干细胞疗法为解决上述问题提供了新希望。干细胞，尤其是骨髓来源间充质干细胞（BMSC）移植后会释放相应的营养因子，缓解疼痛的同时，分化为软骨细胞修复软骨缺损。虽然多项基于BMSC 的治疗方法已经进入临床研究，但仍面临一系列挑战，如体内BMSC软骨分化可控性较低是修复失败的重要因素。此外，损伤部位恶劣的微环境，包括严重的免疫反应以及过多表达活性氧物种（ROS）导致的氧化应激，使得BMSC移植后存活率显著降低。
针对这一问题，该研究团队利用细胞外基质（ECM）蛋白修饰的一维MnO2纳米管与BMSC快速组装构筑一种可注射的干细胞组装体，并通过促进细胞-细胞和细胞-基质间相互作用，激活Wnt和FAK信号通路，增强软骨细胞外特异性基质Aggrecan和Col II的分泌。针对三维细胞结构中药物渗透能力有限，干细胞分化不均的难题，将TGF-β3负载在MnO2纳米管上，伴随着MnO2纳米管的降解，实现均匀深入递送TGF-β3，促进BMSC向软骨细胞分化的效率。将干细胞组装体移植入兔关节缺损处后，利用MnO2纳米管过氧化氢酶（CAT）拟酶的特点，高效清除活性氧自由基（ROS），降低氧化应激，促进移植后干细胞的存活和增殖，并协同增强BMSC软骨分化效率，最终实现软骨缺损的快速修复和再生。
该研究为细胞三维组装以及多种组织缺损的修复提供了一种新的研究思路。王慎强博士、阳乐涛博士和蔡卜磊副教授为本研究的共同第一作者。
研究详情请见原文：
Injectable Hybrid Inorganic Nanoscaffold-templated Rapid Stem Cell Assembly for Accelerated Cartilage Repair
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac037