科学家在肌腱组织再生方面取得显著进展 “跟腱断裂”有望快速修复

来源：中国生物技术网2022-05-07 1:52

所有带有间充质干细胞的纳米纤维在植入后都能很好地附着在肌腱组织上。

肌腱是人体重要的纤维结缔组织，在肌肉和骨骼之间传递力量，控制身体活动。然而，在剧烈运动中，突然的机械力可能会损伤肌腱。比如：跟腱断裂。跟腱是人体中最粗最大的肌腱之一，对于行走、站立、保持平衡都有着重要的意义。跟腱断裂是一种痛苦的状况，通常在职业运动员或热爱跑步和打球的人中间很常见。飞人刘翔在奥运会期间两次跟腱断裂，不得不遗憾退役。

肌腱损伤后，特定的结构被破坏，结缔组织由线状变为扭结状，可能产生过多的瘢痕，从而改变肌腱的力学性能和承载能力。

在自然愈合的过程中，肌腱和其他细胞被招募来重建原有的结缔组织纤维基质。然而，肌腱组织修复仍然是临床和科学的挑战。例如，跟腱断裂后的恢复过程短则一两个月，长则一年，恢复后的肌腱通常难以完全恢复功能，还可能导致虚弱和慢性疼痛，从而导致健康状况下降。

几十年来，科学家们开发了各种策略，试图更有效地治疗肌腱损伤，包括人工移植。但同种异体移植往往会导致排斥等并发症；自体移植有移植物坏死的风险。因此，机械力、生物相容性和生物降解性的问题一直阻碍着这些努力。

在工程技术顶级期刊《Small》 (IF=13.281)上发表的一项新研究中，来自加州大学洛杉矶分校的研究团队发表了题为“共电纺丝素蛋白和明胶灭多威片接种间充质干细胞用于肌腱再生”的研究论文，在肌腱再生方面取得了显著进展。

间充质细胞(MSC)是在组织再生中起关键作用的特化细胞。在伤口部位，它们可以分化成各种细胞类型，并产生调节免疫反应、细胞迁移和新形成的信号分子。此前，科学家已经尝试使用间充质干细胞进行组织再生。

然而，MSC的全身输注、直接注射或基因修饰都存在障碍，如输注对损伤部位缺乏靶向特异性、直接注射对细胞数量要求高、基因修饰效率低、产生的细胞难以分离等。

在这项新的研究中，研究人员开发了一种构建生物材料支架的新方法，通过这种方法引入间充质干细胞和生长因子来生成新的肌腱组织。

首先，他们研究了丝心蛋白(SF)，一种由蚕产生的丝蛋白。除了用于美丽的丝织物，丝素蛋白还用于光学和电子设备，以及各种生物医学应用，从缝合材料到生物工程韧带，骨骼甚至角膜组织。由于其优越的强度、耐久性、生物相容性和可降解性，丝素蛋白非常适合用作肌腱支架。

为了提高支架的组织再生能力，研究人员将丝素蛋白与甲基丙烯酸酯明胶(GelMA)结合起来。GelMA是一种光敏生物材料，具有生物相容性、生物降解性、硬度和促进细胞粘附和生长的能力。

研究人员表示，GelMA支持再生组织形成的能力，丝素蛋白具有结构优势，这两种材料的协同作用将特别适合肌腱修复。

随后，他们还制备了不同比例的丝素蛋白和GelMA的混合物(SG)，并将其制成纳米纤维片。然后对其结构和弹性进行了测试，确定了力学性能最佳的配方配比(SF与GelMA的重量比为7:1)。研究人员观察到，丝素蛋白增加了支架材料的孔隙率，更有利于肌腱的修复。

将优化后的SG纳米纤维植入间质干细胞(MSC)，研究人员测量了MSC的相容性和分化、生长因子的产生以及触发基质形成的遗传活性。

他们发现，与没有GelMA的丝素蛋白纳米纤维相比，丝素蛋白和GelMA (SG)复合物上的MSC细胞具有更高的活力和增殖能力。遗传分析表明，SG中MSC相关基因的活性显著增加，而丝素纳米纤维中相关基因的活性较低。

染色试验显示MSC在SG上的贴壁率超过80%，贴壁细胞呈细长形。在丝素纳米纤维上观察到的球形细胞的附着率为60%。

进一步的试验表明，MSC在SG上产生的生长因子可以修复培养皿中培养的损伤肌腱组织。

最后，研究人员利用大鼠跟腱损伤模型研究SG的治疗效果。他们发现，所有含有间充质干细胞的纳米纤维在植入后都可以很好地附着在肌腱组织上。与通常需要固定过程的传统支架相比，SG纳米纤维在临床应用中更具实用性。促进最快愈合，减少受伤部位，形成有序密集的肌腱纤维和重塑的肌肉成分。

这项研究的作者、加州大学洛杉矶分校生物工程和微创治疗中心的Ali Khademhosseini博士说：“肌腱修复的组织重塑特别难以实现，我们的工作极大地促进了这一进展”。

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