2014年3月3日

工程软骨

在被编织的背景覆盖的细胞。 人干细胞在聚合物支架上的艺术性渲染。杜克大学的Charles Gersbach和Farshid Guilak

研究人员开发了一种3D支架,该支架可指导干细胞发育成专门的软骨细胞。该方法可以允许创建整形外科植入物以替代软骨,骨骼和其他组织。

软骨是覆盖关节骨头末端的光滑组织。在骨关节炎(最常见的关节炎类型)中,软骨分解并逐渐消失。在这种情况和其他情况下,替换软骨已成为组织工程学的主要目标。

软骨含有水,胶原蛋白,蛋白聚糖和软骨细胞。胶原蛋白是纤维蛋白,可作为皮肤,肌腱,骨骼和其他结缔组织的组成部分。由蛋白质和糖制成的蛋白聚糖形成的链与胶原蛋白交织在一起,形成网状结构。这种结构称为细胞外基质,可使软骨弯曲并吸收休克。软骨细胞,遍布整个软骨的细胞,产生并维持其结构。

创建肌肉骨骼组织的替代品具有挑战性。干细胞在实验室中需要用生长因子进行广泛处理,以便发育(或分化)成合适的专门细胞。然后需要将这些单元放置到适当的3-D结构中。 Drs。领导的团队。杜克大学的Farshid Guilak和Charles Gersbach着手创建一种人造支架,该支架可以指导干细胞进入内部并分化并形成细胞外基质。他们的工作得到了美国国立卫生研究院国家关节炎与肌肉骨骼和皮肤病研究所(NIAMS),美国国家老龄研究所(NIA)的支持,以及美国国立卫生研究院主任的新创新奖。

该团队使用了在成人骨髓中发现的人间充质干细胞。这些细胞可以分化成不同类型的肌肉骨骼细胞。科学家在3-D编织支架上涂上了一种化合物,该化合物可以将病毒固定在表面,但仍允许它们将基因转移到靶细胞中。选择慢病毒将TGF-β3(转化生长因子β3)基因传递到细胞中。 TGF-β3驱动干细胞变成软骨细胞。病毒附着到该结构后,将其接种人间充质干细胞并在培养基中孵育。

人工支架内的细胞在2周内成功分化为软骨细胞。在没有任何额外提示的情况下,细胞在4周内产生了软骨样细胞外基质。结果于2014年2月18日在线发布在 美国国家科学院院刊.

盖斯巴赫说:“我们方法的优点之一是摆脱了昂贵且不稳定的生长因子的输送,而用具有病毒基因载体功能的支架代替了生长因子。”携带病毒的支架可以被大量生产,只需坐在诊所就可以使用。我们希望这使我们更接近可翻译产品。”

这种方法可以允许植入物立即恢复关节的功能,并推动成熟,可行的组织替代物的发展。该技术还可以使用其他干细胞甚至患者自己的细胞应用于其他类型的组织。但是,在将其安全地用于临床之前,需要进一步完善。

—哈里森·温(Harrison Wein)博士

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参考文献: 支架介导的慢病毒转导用于软骨的功能组织工程。 布伦杰(Brunger JM),休恩(Huynh NP),盖恩特(Guenther CM),佩雷斯-皮涅拉(Perez-Pinera P),穆图斯(Moutos FT),桑切斯-亚当斯(Sanchez-Adams J),格斯巴赫(Gersbach),吉拉克(Guilak F. 美国国家科学研究院。 2014年2月18日。[Epub提前发行]。 PMID:24550481。

资金: 美国国立卫生研究院的国立关节炎,肌肉骨骼和皮肤病研究所(NIAMS),美国国家老龄研究所(NIA),美国国立卫生研究院院长的新发明家奖和美国国家癌症研究所(NCI);国家科学基金会;合作研究中心; AO基金会,瑞士达沃斯;南希·泰勒慢性病基金会;和关节炎基金会。