軟骨損傷很難修復。而且當人們衰老時，軟骨細胞的健康和活力也隨之下降?；诖?，利用成年人軟骨細胞進行修復的效果是非常低的。而干細胞仍然保持這種至關(guān)重要的修復能力，因此生物工程師們對找到利用病人自己的干細胞培養(yǎng)軟骨的新方法充滿興趣。

近日，賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院（University of Pennsylvania）和香港中文大學和的研究人員找到了讓成體干細胞產(chǎn)生最好軟骨的合適環(huán)境。他們發(fā)現(xiàn)當將MSCs包被在水凝膠---模擬干細胞在自然條件下生長的一些環(huán)境條件的聚合物網(wǎng)絡---中時，能夠優(yōu)先地誘導MSCs變成脂肪細胞樣細胞或骨細胞樣細胞。

培養(yǎng)新軟骨的第一步就是誘導MSCs分化為軟骨細胞，而這些軟骨細胞產(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)。促進這種分化的一大挑戰(zhàn)就是盡管成體軟骨細胞在組織中的密度較低，但是實際的軟骨形成始于靠得非常近的干細胞。

研究人員表示，對用于軟骨組織工程的典型水凝膠而言，將干細胞在空間中分離開，因此它們喪失了初始的信號和相互作用。就在這時，研究人員開始想到鈣粘蛋白，即讓這些干細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胞的時候。

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MSCs認為它們附近有同伴。

為了測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表達更多的軟骨形成遺傳標記物。

第二項實驗涉及培養(yǎng)這些包被著MSCs的水凝膠4周的時間，這種時間足夠允許MSCs開始產(chǎn)生軟骨基質(zhì)。這使得研究人員開展功能性測試，如測試它們的機械負荷性能。他們發(fā)現(xiàn)相對于其他的水凝膠，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。

研究人員也對這些水凝膠進行切片，并針對II型骨膠原和硫酸軟骨素對它們?nèi)旧?，其中這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)形成的標記物。

研究人表示，這項研究成果強烈證實，這種鈣粘蛋白信號能夠改善人工合成水凝膠中的軟骨形成反應。

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