挖掘细胞疗法来修复受伤的骨骼和肌腱

由西达斯-西奈研究人员领导的两项新发现表明，干细胞疗法可以帮助加速和促进骨骼和肌腱损伤的愈合。

“我们正在使用发育生物学和干细胞技术来修复和再生受损的骨骼和肌腱组织，这有可能极大地改变患者的结果，”西达斯-西奈大学骨科、外科和生物医学科学系助理教授Dmitriy Sheyn博士说。

利用间充质干细胞修复肌腱和韧带

在第一项研究中，发表在骨科研究杂志西达斯-西奈的科学家们展示了专门设计的干细胞被称为诱导多能干细胞来源的间充质基质细胞(iMSCs)可以比其他类型的细胞更有效地再生和修复肌腱。

这一发现为开发一种有效的细胞治疗方法来修复受伤的肌腱和韧带向前迈出了一步，这是运动医学中一个重要的问题。肌腱损伤通常与高发病率、长时间残疾和痛苦的康复期相关，在此期间经常发生继发性肌腱断裂。

“使用的主要优势之一多能干细胞它们可能代表着肌腱和韧带中的肌腱细胞的无限来源，”Sheyn说，他也是Cedars-Sinai理事会再生医学研究所的研究员。“这些细胞有一天也可以为肌腱细胞治疗应用提供现成的异体来源。”

肌腱是一种连接肌肉和骨骼的软组织，如果是韧带，则是骨头和骨头之间的软组织，它的愈合能力非常低，肌腱撕裂或断裂会导致极度疼痛。即使在肌腱愈合后，它也不会恢复到受伤前的功能，而且再次断裂的几率很高。

为了找到一种更好地修复这些损伤的方法，研究人员将目光投向了iMSCs。

Sheyn是这项研究的资深通讯作者;Angela Papalamprou博士是Sheyn实验室的博士后，也是这项研究的第一作者;研究小组对这些细胞进行了改造，使其产生一种名为巩膜的转录因子，这对肌腱发育非常重要。

他们发现iMSCs能够成功地增加产生的巩膜数量，这有助于iMSCs形成肌腱样组织，变得更像肌腱细胞。

然后，他们将细胞暴露在一种称为循环负荷的机械压力下，这是一个帮助引导iMSCs发育为腱细胞的过程。

“虽然还需要进一步的研究来确定这些改良的iMSCs对肌腱修复的全部潜力，但结果表明，iMSCs可以有效地转变为肌腱细胞，并显示出作为一种潜在的细胞疗法的前景肌腱Sheyn说。

用颅骨特异性干细胞和3D打印修复颅骨

第二项研究发表在科学报告美国科学家发现，使用ipsc衍生的颅骨特异性干细胞，并将其植入一种特殊的3d打印材料中，可以帮助愈合颅骨中的受伤骨骼。

研究人员发现，这种被称为生物墨水的材料有助于细胞存活并形成新的细胞骨细胞比其他类型的细胞(如骨髓间充质干细胞)更有效。当在老鼠身上进行测试时，使用生物墨水和颅骨特异性干细胞的组合比测试的其他类型的细胞更好地帮助修复颅骨。

“治疗颅骨损伤是一项重大的临床挑战，”该研究的资深通讯作者Sheyn说。“像这样的新的再生方法有可能成为一种强大的新选择，可能有助于解决颅面重建需求。”

目前，当有人有创伤性颅骨损伤时，他们通常需要用骨头或合成材料进行移植来修复伤口。虽然使用自己的骨骼通常是最好的选择，但供体部位的发病率是一个限制因素，使用钛或聚合物等合成材料通常与高感染率和并发症有关，特别是对儿童而言。

研究人员发现3D生物打印是一种潜在的解决方案。这是一项正在发展的技术，可以用不同的生物材料制造支架，可以模仿损伤的形状，大小和尺寸。

然而，研究人员发现，仅使用3D生物打印材料是不够的。

Sheyn说:“虽然3D打印可以给我们想要的形状，但我们在3D打印领域遇到的问题是，我们不能用细胞打印，因为打印技术与细胞不兼容。”“正是这些细胞真正有助于伤口的愈合和修复。”

为了看看他们是否能改进这项新技术，Sheyn;吉赛尔·金田(Giselle Kaneda)， Sheyn实验室的研究助理和研究作者;和Sheyn实验室的其他成员测试了两种生物墨水，看看哪一种生物墨水能提供更好的生存能力，并更好地利用细胞在颅骨中分化和再生新细胞，从而有可能修复缺陷。

他们专门研究了不同类型的ipsc衍生细胞，并添加了一种名为BMP6的特殊蛋白质，以观察它是否有助于产生可行的颅骨重建骨移植物替代品。

他们发现，颅骨特异性干细胞与BMP6和生物墨水的结合，比使用iMSCs更有效地刺激了骨骼损伤的愈合。

Sheyn说:“这些结果强调了生物墨水支架的可打印性及其支持干细胞存活和分化的能力，使其对颅面重建具有吸引力。”