Sci Rep：一种新技术或能利用人类胚胎干细胞制造出软骨组织

2021年9月29日 讯 /生物谷BIOON/ --关节软骨的功能类似于减震器，其有利于关节的自由运动，目前并没有促进受损的关节软骨愈合的治疗性药物，由于人类关节软骨细胞和间充质干细胞这两种临床相关的细胞群的局限性，研究人员就非常有必要为软骨修复寻找可替代的细胞来源，人类胚胎干细胞（hESCs，Human embryonic stem cells）就能提供一个容易获得的自我更新的多能细胞群，并具有可感知的免疫优势特性来用于软骨的合成。

在人类关节软骨上使用共培养扩大hESC衍生的软骨组织构建。

图片来源：Griffith, L.A., et al. Sci Rep 11, 18921 (2021). doi：10.1038/s41598-021-97934-9

近日，一篇发表在国际杂志Scientific Reports上题为“A scaffold-free approach to cartilage tissue generation using human embryonic stem cells”的研究报告中，来自南安普顿大学等机构的科学家们通过研究开发了一种新方法来利用干细胞产生人类的软骨组织，该技术或能为开发急需疗法来治疗软骨损伤的患者铺平道路。日常生活中，机体的软骨很容易会因日常破损、运动损伤和跌倒造成的创伤而受到损害，目前使用软骨细胞来恢复受损软骨区域的金标准手术疗法或许并不是完成成功，这是因为由损伤部位的软骨细胞所产生的修复组织的存活率已经被证明在5-10年后会明显下降，因此研究人员就需要开发一种新方法，通过在损伤的部位植入软骨组织而不是软骨细胞来促进软骨强有力的长期修复。

如今研究人员在实验室中通过将胚胎干细胞成功分化为软骨细胞实现了软骨组织的成功生成，随后他们将会在没有任何合成或天然支持材料的情况下，利用这些软骨组织来生成三维的软骨片状结构，这种技术称之为“无支架的软骨组织工程技术”，所生成的软骨组织在结构和力学上与正常人的软骨相当，其由可能会形成要比目前病人可用的治疗方案更为稳定且持久的修复作用。

图片来源：https://www.nature.com/articles/s41598-021-97934-9

本文的研究人员首次利用这种无支架的技术产生了软骨组织，其规模超过了1mm但不会负面影响其结构和机械性能；研究人员希望最终在进行更多的研究后，实验室所制造的组织能被用于常规手术中来修补受损的软骨组织。研究者Houghton说道，这项研究让我们非常激动，因为如今我们有能力产生具有类似于正常人类软骨组织的软骨结构，这就有可能为未来患者机体的软骨修复提供一种强大的组织工程化产品。这种基于组织的同类替代方法有可能会推动目前基于细胞的手术方法的改进，从而用于修复受损的软骨组织并改善患者的长期疗效。

综上，本文研究中，研究人员开发了一种强大的技术来利用hESCs产生3D、无支架的透明软骨组织构建物，其由腔隙中的大量软骨细胞组成，能嵌在含有II型胶原、硫酸糖胺聚糖和聚糖的细胞外基质中；这种由hESC衍生的软骨组织构建物（0.91±0.08 MPa）的弹性系数与全厚度的人类关节软骨相当（0.87±0.09 MPa）；此外，研究人员还成功地这种无支架的、3D hESC衍生的软骨组织的尺寸扩大到了4.5-6mm之间，从而就有效增强了其在临床应用中的适用性。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Griffith, L.A., Arnold, K.M., Sengers, B.G. et al. A scaffold-free approach to cartilage tissue generation using human embryonic stem cells. Sci Rep 11, 18921 (2021). doi：10.1038/s41598-021-97934-9