磨损的软骨无法修复，但干细胞技术却能让其“重生”，且性质、功能不输原来，来自南加州大学的科学家们开发了一种基于干细胞的低温保存生物植入物，可以在关节炎发作前修复关节软骨，有望成为该类疾病治疗带来希望。

骨关节炎是一种退行性疾病，虽不致命但会致使患者运动能力受限，甚至致残。

其中，缓冲关节中骨骼结合面的关节软骨保护层的退化，是限制运动并导致慢性疼痛的关键，而一旦关节软骨受到侵蚀，临床也无能为力，关节置换术是唯一的解决办法，但也并非完美方案。

来自南加州大学的研究人员正在开发一种基于干细胞的低温保存生物植入物，可以在关节炎发作前修复关节软骨，他们已经在动物模型中证明了它的功效，目前正在致力于将该种治疗方案转化为临床，为更多关节炎患者带来益处。

△ 骨关节炎的X射线图像

01 干细胞在磨损之前挽救关节炎

培养关节软骨细胞的一个挑战就是发育性ESC（胚胎干细胞）的限制，而该团队已表明，使用源自人类胚胎干细胞 (hESC) 的软骨细胞，可以将滑膜关节中有缺陷的关节软骨长期恢复到完整厚度。 

研究人员首先在体外从hESC中提取关节软骨细胞，并研究了这些细胞的益处。他们利用关节软骨产生局灶性病变的活猪，以多种计量和不同载体对细胞进行了测试。评估了直接注射游离关节软骨细胞和将关节软骨细胞嵌入胶原膜支架，其中，膜包埋移植给出了最好的结果，并被开发成Plurocart生物植入物。

Plurocart 是一种用干细胞衍生的软骨细胞接种的支架膜，软骨细胞负责产生和维持健康的关节软骨组织，在骨关节炎的猪模型中，Plurocart 成功修复软骨并延缓关节退化。

△ 研究团队开发了一种名为Plurocart的联合保存技术

研究者表示，该疗法通过针对整体健康关节的缺陷，可以在关节炎开始之前就能阻止病变发生。除了结构完整性和细胞保留外，在支架上移植细胞的一个优势是大量的ECM共同转移。

这些干细胞衍生的软骨细胞接种膜，在培养皿中成熟长达两周，可以细胞充分的产生这种生物活性基质，ECM是生长因子、有丝分裂原和其他信号分子和结构分子的仓库。

最终，在六个月结束时，研究小组发现：植入的人类软骨细胞融入了猪的关节软骨病变中。这些外源性植入细胞会分泌因子，在宿主细胞中诱导内源性再生反应，恢复的关节软骨由人类和诱导的猪细胞组成，这些细胞变成了关节软骨。

02 再生医学颠覆骨科治疗的未来新希望 

关节软骨是非常特殊的部位，要足够柔软可以支持运动，也要足够坚固可以防止骨骼的损坏。在我国，有1.3亿之多的关节炎患者都在饱受痛苦折磨，找到有效的替代疗法迫在眉睫。

该研究团队利用hESC衍生的软骨细胞，其分子和细胞特性与人类胎儿软骨细胞相似——强效、合成代谢、增殖，并且能够产生大量ECM。

我们知道，成体软骨细胞一旦受损，就不会重建，而通过培养皿中的干细胞产生相似的软骨细胞却可以解决这一难题，再生医学的发展正成为有效对抗骨关节炎治疗的新希望。

而不止关节炎，再生医学也正专注于细胞植入以启动肌肉骨骼结构的愈合，引入现代干预措施，如富含血小板的血浆、间充质干细胞和注射可诱导愈合反应的生物材料等等。

越来越多的科学家、医疗工作者也正将骨科生物学作为其标准实践的一部分，利用再生医学治疗骨关节炎和肌腱等疾病。

再生医学有望延迟并可能减少对退行性关节病症和肌肉骨骼损伤患者的手术干预，在不久的将来，我们可能会看到骨科生物制剂被用作关节炎等疾病的中间地带，介于保守治疗（如类固醇注射）和手术之间，也可能会看到关节置换方式的彻底改革——从金属和陶瓷关节置换转向生物置换和再生。

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显而易见的是，再生医学是一个令人兴奋和充满希望的领域，它可能是扩大可用微创治疗选择范围以及预防干预甚至治愈我们当前无法治愈疾病的关键。尽管前路漫漫，障碍重重，但再生医学的科技之光，定能照亮前路，熠熠发光。

参考资料：

https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/stem-cell-based-cryopreservable-bioimplants-for-arthritis/