采矿细胞疗法修复受伤的骨骼和肌腱

由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，”Cedars-Sinai骨科，外科和生物医学科学系助理教授Dmitriy Sheyn博士说。

使用iMSCs修复肌腱和韧带

在发表在《骨科研究杂志》上的第一项研究中，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。

这一发现是开发用于修复受伤肌腱和韧带的有效细胞治疗方法的一步，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点之一是它们可能代表无限的肌腱细胞来源，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。“这些细胞有一天也可以为肌腱细胞治疗应用提供现成的同种异体来源。

肌腱是一种软组织，将肌肉连接到骨骼，或者在韧带的情况下，连接骨骼与骨骼，其愈合能力非常低，肌腱撕裂或断裂会导致极度疼痛。即使在肌腱愈合后，它也不会恢复到受伤前的相同功能，并且再次断裂的比率很高。

为了找到更好地修复这些伤害的方法，研究人员将目光投向了iMSC。

Sheyn，他是该研究的高级和通讯作者;Angela Papalamprou博士是Sheyn实验室的博士后，也是该研究的第一作者;研究小组设计了这些细胞以产生一种称为巩膜的转录因子，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巩膜反应量，这有助于iMSCs形成肌腱样组织并变得更像肌腱细胞。

然后，他们将细胞暴露于一种称为循环负载的机械应力下，这是一个有助于引导iMSCs发育成腱细胞的过程。

“虽然需要进一步的研究来确定这些修饰的iMSCs在肌腱修复方面的全部潜力，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的潜在细胞疗法的希望，”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其嵌入特殊的3D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帮助细胞存活并形成新的骨细胞，比其他类型的细胞(如iMSCs)更有效。在小鼠中进行测试时，使用生物墨水与颅特异性干细胞的组合有助于比测试的其他类型的细胞更好地修复头骨。

“治疗颅骨损伤是一项重大的临床挑战，”该研究的高级和通讯作者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，当某人有创伤性颅骨损伤时，他们通常需要使用骨骼或合成材料进行移植来修复伤口。虽然使用一个人自己的骨骼通常是最好的选择，但供体部位的发病率是一个限制因素，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。

研究人员发现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，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打印可以给我们想要的形状，但我们在3D打印领域遇到的问题是我们不能用细胞打印，因为打印技术不兼容细胞，”Sheyn说。“正是这些细胞将真正帮助愈合和修复损伤。

为了看看他们是否可以改进新技术，谢恩;吉赛尔·金田(Giselle Kaneda)，谢恩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，看看哪一种提供了更好的活力，更好地利用细胞在颅骨中分化和再生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，并添加了一种称为BMP6的特殊蛋白质，看看它是否有助于产生用于颅骨重建的可行骨移植替代品。

他们发现颅骨特异性干细胞与BMP6和生物墨水的结合比使用iMSCs更有效地刺激骨骼损伤愈合。

“这些结果突出了生物墨水支架的可打印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。

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