分專業(yè)
新發(fā)現(xiàn)，負(fù)載干細(xì)胞的可注射多孔微球促進骨質(zhì)疏松癥的骨重建
近日，上交大醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院崔文國教授和同濟附屬十院蔡明主任的團隊合作開發(fā)了一種負(fù)載干細(xì)胞的可注射水凝膠微載體，期望通過局部注射方式，實現(xiàn)骨質(zhì)疏松局部組織的干細(xì)胞骨修復(fù)。該團隊通過微流控技術(shù)，構(gòu)建可精確控制的水凝膠多孔微球(該課題組可小量產(chǎn))，實現(xiàn)了干細(xì)胞在多孔微球上的高活性負(fù)載，微創(chuàng)注射到骨質(zhì)疏松區(qū)域原位促進松質(zhì)骨重建。
圖1.負(fù)載干細(xì)胞的多孔微球制備和干細(xì)胞負(fù)載示意圖
骨質(zhì)疏松是一種全身性疾病，發(fā)病率高，危害大。嚴(yán)重骨質(zhì)疏松甚至?xí)?dǎo)致脊柱，髖部，肱骨近端等常見部位的骨折發(fā)生，威脅著老年人群的生命健康。目前抗骨質(zhì)疏松主要通過口服全身給藥的方式逆轉(zhuǎn)骨丟失，藥物類型主要包括抑制骨吸收的雙膦酸鹽和促進骨形成的重組人甲狀旁腺激素。這種治療方式存在一定的弊端，長期全身給藥會大大提高不良反應(yīng)的發(fā)生率，比如心血管風(fēng)險，上頜骨壞死，甚至骨腫瘤的發(fā)生。同時，口服藥物的全身治療不能夠?qū)崿F(xiàn)骨折高發(fā)部位的局部骨增強，在降低骨折發(fā)生率方面成效不夠顯著。骨質(zhì)疏松在病理組織上主要表現(xiàn)為骨小梁厚度降低，間隙變寬。松質(zhì)骨內(nèi)部疏松的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為局部注射治療提供了可能。如何通過微創(chuàng)的局部注射方式促進骨形成成為了再生醫(yī)學(xué)一個重要的研究問題。
該團隊通過微流控的流速、溶液濃度等系列參數(shù)協(xié)同調(diào)節(jié)，精確控制水凝膠微球生成的尺寸，避免傳統(tǒng)方法生成微球不均一的缺陷。掃描電鏡顯示該技術(shù)生成的微球表面結(jié)構(gòu)均一，孔徑分布均勻，通過調(diào)節(jié)水凝膠濃度可以影響微球表面孔徑的大小。冰凍切片顯示微球內(nèi)部同樣存在有分布均勻的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔隙平均比微球表面孔徑大10-20 μm左右。將干細(xì)胞滴加在干燥的多孔微球上，細(xì)胞伴隨溶液的吸附進入微球內(nèi)部。當(dāng)微球表面孔徑過大時，孔隙容易塌陷，閉合，影響細(xì)胞進入，孔徑過小時，細(xì)胞只能吸附在微球表面，不能有效進入微球內(nèi)部。
圖2.傳統(tǒng)干細(xì)胞交聯(lián)微球(P-CEM)和干細(xì)胞多孔微球(F-CLM)中細(xì)胞的存活和增殖
圖3.BMSCs在傳統(tǒng)干細(xì)胞交聯(lián)微球(P-CEM)和干細(xì)胞多孔微球(F-CLM)中的成骨潛能
研究團隊通過構(gòu)造股骨遠(yuǎn)端骨缺損模型，將微球注射到骨組織缺損部位，觀察其促進新骨生成的能力。從而證明該載干細(xì)胞多孔微球在體內(nèi)具有很好的促進局部骨組織再生的能力。研究結(jié)果顯示，載干細(xì)胞多孔微球在注射后1周和3周都表現(xiàn)出良好的骨再生性能。
圖4. 微球注射后新生骨組織的組織形態(tài)學(xué)分析
以上研究成果近期以“Stem cell-laden injectable hydrogel microspheres for cancellous bone regeneration”為題，發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。該工作得到了國家重點研究開發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。項目完成得到瑞金醫(yī)院/上海市傷骨科研究所鄧廉夫教授和骨科王蕾主任的指導(dǎo)和幫助。
論文第一作者：吳杰洲、李亙
論文通訊作者：蔡明、崔文國