Science子刊：利用压电性PLLA组织支架让受损的软骨再生

2022年1月28日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国康涅狄格大学的研究人员成功地在一只兔子的膝盖上再生了软骨，这为在人类身上实现关节治愈带来了希望。相关研究结果发表在2022年1月12日的Science Translational Medicine期刊上，论文标题为“Exercise-induced piezoelectric stimulation for cartilage regeneration in rabbits”。

关节炎是一种常见的、痛苦的疾病，由我们的关节受损引起。通常情况下，软骨垫为骨头提供缓冲。但是，损伤或年龄会使它磨损。随着软骨退化，骨头开始撞击骨头，像走路这样的日常活动变得非常痛苦。

目前最好的治疗方法是尝试用从身体其他部位或捐赠者那里取来的健康软骨替换受损的软骨。但健康的软骨供应有限。如果是你自己的软骨，移植后可能会伤害到它被拿取的地方；如果是别人的软骨，你的免疫系统很可能会排斥它。

最好的治疗方法是让受损的关节本身重新生长出健康的软骨。一些科学家已经试图通过放大化学生长因子来诱导身体自行生长软骨；其他的尝试依靠生物工程支架为身体提供新鲜组织的模板。但这两种方法都不奏效，即使结合起来也是如此。

图片来自Unsplash/CC0 Public Domain。

论文通讯作者、康涅狄格大学生物工程师Thanh Nguyen说，“重新生长的软骨并不像天然软骨那样发挥作用。它在关节的正常压力下会断裂。”

Nguyen实验室一直在研究软骨的再生，他们发现电信号是软骨正常生长的关键。他们设计了一种由聚L-乳酸（poly-L lactic acid, PLLA）纳米纤维制成的组织支架，其中PLLA是一种经常用于缝合手术伤口的可生物降解的聚合物。这种纳米材料有一种叫做压电性（piezo-electricity）的特性。当它被挤压时，它会产生一点电流。关节的定期运动，比如人走路，可以使PLLA支架产生微弱但稳定的电场，从而促进细胞在其中定居并生长成软骨。不需要外界的生长因子或干细胞（它们有潜在的毒性或不希望发生的不良事件的风险），而且至关重要的是，生长出来的软骨具有机械强度。

Nguyen团队最近在一只受伤的兔子的膝盖上测试了这种组织支架。在植入这种组织支架后，这只兔子被允许在跑步机上跳跃锻炼，正如预期的那样，它的软骨恢复正常生长。论文第一作者、Nguyen团队博士后研究员Yang Liu博士说，“压电性是一种在人体中也存在的现象。骨骼、软骨、胶原蛋白、DNA和各种蛋白都有压电反应。我们治疗软骨的方法具有很强的临床转化性，我们将研究相关的治疗机制。”

这些研究结果令人振奋，但Nguyen却很谨慎。Nguyen说，“这是一个令人着迷的结果，但我们需要在体型和体重接近人类的更大的动物身上进行测试。” 他的实验室希望对接受治疗的动物进行至少一年的观察，可能是两年，以确保软骨的持久性。在老年动物身上测试PLLA支架也是非常理想的。关节炎在人类中通常是一种老年性疾病。年轻的动物比年老的动物更容易实现软骨愈合，如果这种压电性的PLLA支架也能帮助年老的动物实现软骨愈合，这确实可能是生物工程的一个突破。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Yang Liu et al. Exercise-induced piezoelectric stimulation for cartilage regeneration in rabbits. Science Translational Medicine, 2022, doi:10.1126/scitranslmed.abi7282.