廣告近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員吳成鐵團隊在免疫多細胞支架用于肌腱—骨修復領域取得重要進展。相關研究成果近日發(fā)表于期刊《科學進展》，團隊已將成果申請發(fā)明專利。
肌腱—骨界面連接著肌腱和骨骼，由肌腱、骨和纖維軟骨組成，具有復雜的分層結構，包括梯度物質成分、細胞外基質和細胞表型，相鄰組織之間存在逐漸和連續(xù)過渡。這種具有獨特結構的界面連接了軟組織和硬組織，能夠進行有效的機械應力傳遞，緩解軟—硬組織界面處的應力集中，充分發(fā)揮骨骼肌功能，在人體運動功能中起著重要作用。然而，由于界面處多組織再生能力差，生理環(huán)境復雜，一旦損傷，臨床上采取保守治療或手術修復，易形成雜亂無章的纖維血管瘢痕組織，引起界面結構不良和機械強度減弱，導致患者愈后組織活動受限。
開發(fā)出兼具多組織再生活性和免疫調節(jié)功能的組織工程支架，對于肌腱—骨天然結構恢復至關重要。吳成鐵介紹，組織工程支架是一種能夠有效促進損傷組織修復的治療方法，在肌腱—骨損傷領域引起相關研究人員的廣泛關注。然而，傳統(tǒng)生物材料傾向于增強與肌腱—骨界面直接相關的生物學功能，例如成骨分化或成肌腱分化，卻忽略了損傷部位周圍三維微環(huán)境的影響，特別是體內免疫細胞引發(fā)的炎癥反應。在各種免疫細胞中，由于與肌腱纖維化密切相關，巨噬細胞在肌腱—骨界面損傷中越來越受到關注。
以往研究表明，通過減少肌腱—骨界面處的M1巨噬細胞積累，誘導M2巨噬細胞極化，可使肌腱—骨界面獲得更好的組織學結構和生物力學特性。但由于組織老化、高肌肉負荷和壓力等原因，巨噬細胞中M1和M2的轉化往往在肌腱—骨界面處出現(xiàn)延遲，這會導致慢性炎癥。眾所周知，免疫環(huán)境通常決定了組織損傷修復的結果。適當?shù)难装Y反應有助于組織修復啟動，而過度炎癥反過來會阻礙組織修復進展，導致?lián)p傷部位病理性纖維化或疤痕結構的發(fā)展，從而降低生物材料的預期功能。
研究團隊通過多細胞3D打印技術，將硅酸錳納米顆粒與肌腱—骨相關細胞相結合，設計并構建了具有免疫調控功能的多細胞支架，用于肌腱—骨界面一體化再生。免疫調節(jié)支架不僅能很好地模擬天然界面細胞表型組成和梯度結構，同時在體外展現(xiàn)出多樣化的生物活性。在多種肩袖損傷動物模型中，該支架實現(xiàn)了免疫調節(jié)、多組織一體化再生和運動功能恢復。
吳成鐵說，研究團隊構建了免疫多細胞支架，其中肌腱干/祖細胞和骨髓間充質干細胞以分層方式分布在支架中，實現(xiàn)了肌腱—骨界面的模擬。得益于多細胞分布和硅酸錳納米顆粒，支架在體外展現(xiàn)了出色的成骨和成肌腱雙向分化活性，而且能夠通過誘導M2巨噬細胞極化，調控免疫微環(huán)境。
此外，多細胞支架在大鼠肩袖損傷模型中實現(xiàn)了有效的免疫調節(jié)，顯著提高了修復后肌腱—骨界面的拉伸強度，并明顯改善了治療后肩部的運動功能。支架在兔肩袖損傷模型中也成功誘導了纖維軟骨再生、優(yōu)化了界面結構、增加了膠原沉積，實現(xiàn)了肌腱—骨損傷的一體化再生。同時，在巨噬細胞耗竭的大鼠體內，研究團隊證實了支架的免疫調節(jié)功能是體內增強多組織再生的一個重要原因。
記者了解到，在體內實驗的基礎上，該團隊通過對免疫生物學機制的探索，進一步發(fā)現(xiàn)免疫多細胞支架能夠穩(wěn)定釋放錳離子，刺激巨噬細胞分泌前列腺素E2，從而增強多細胞的特異性分化。“免疫多細胞支架的構建，為臨床上軟硬組織界面的一體化再生提供了一種前景廣闊的新策略。” 吳成鐵說。
近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員吳成鐵團隊在免疫多細胞支架用于肌腱—骨修復領域取得重要進展。相關研究成果近日發(fā)表于期刊《科學進展》，團隊已將成果申請發(fā)明專利。
肌腱—骨界面連接著肌腱和骨骼，由肌腱、骨和纖維軟骨組成，具有復雜的分層結構，包括梯度物質成分、細胞外基質和細胞表型，相鄰組織之間存在逐漸和連續(xù)過渡。這種具有獨特結構的界面連接了軟組織和硬組織，能夠進行有效的機械應力傳遞，緩解軟—硬組織界面處的應力集中，充分發(fā)揮骨骼肌功能，在人體運動功能中起著重要作用。然而，由于界面處多組織再生能力差，生理環(huán)境復雜，一旦損傷，臨床上采取保守治療或手術修復，易形成雜亂無章的纖維血管瘢痕組織，引起界面結構不良和機械強度減弱，導致患者愈后組織活動受限。
開發(fā)出兼具多組織再生活性和免疫調節(jié)功能的組織工程支架，對于肌腱—骨天然結構恢復至關重要。吳成鐵介紹，組織工程支架是一種能夠有效促進損傷組織修復的治療方法，在肌腱—骨損傷領域引起相關研究人員的廣泛關注。然而，傳統(tǒng)生物材料傾向于增強與肌腱—骨界面直接相關的生物學功能，例如成骨分化或成肌腱分化，卻忽略了損傷部位周圍三維微環(huán)境的影響，特別是體內免疫細胞引發(fā)的炎癥反應。在各種免疫細胞中，由于與肌腱纖維化密切相關，巨噬細胞在肌腱—骨界面損傷中越來越受到關注。
以往研究表明，通過減少肌腱—骨界面處的M1巨噬細胞積累，誘導M2巨噬細胞極化，可使肌腱—骨界面獲得更好的組織學結構和生物力學特性。但由于組織老化、高肌肉負荷和壓力等原因，巨噬細胞中M1和M2的轉化往往在肌腱—骨界面處出現(xiàn)延遲，這會導致慢性炎癥。眾所周知，免疫環(huán)境通常決定了組織損傷修復的結果。適當?shù)难装Y反應有助于組織修復啟動，而過度炎癥反過來會阻礙組織修復進展，導致?lián)p傷部位病理性纖維化或疤痕結構的發(fā)展，從而降低生物材料的預期功能。
研究團隊通過多細胞3D打印技術，將硅酸錳納米顆粒與肌腱—骨相關細胞相結合，設計并構建了具有免疫調控功能的多細胞支架，用于肌腱—骨界面一體化再生。免疫調節(jié)支架不僅能很好地模擬天然界面細胞表型組成和梯度結構，同時在體外展現(xiàn)出多樣化的生物活性。在多種肩袖損傷動物模型中，該支架實現(xiàn)了免疫調節(jié)、多組織一體化再生和運動功能恢復。
吳成鐵說，研究團隊構建了免疫多細胞支架，其中肌腱干/祖細胞和骨髓間充質干細胞以分層方式分布在支架中，實現(xiàn)了肌腱—骨界面的模擬。得益于多細胞分布和硅酸錳納米顆粒，支架在體外展現(xiàn)了出色的成骨和成肌腱雙向分化活性，而且能夠通過誘導M2巨噬細胞極化，調控免疫微環(huán)境。
此外，多細胞支架在大鼠肩袖損傷模型中實現(xiàn)了有效的免疫調節(jié)，顯著提高了修復后肌腱—骨界面的拉伸強度，并明顯改善了治療后肩部的運動功能。支架在兔肩袖損傷模型中也成功誘導了纖維軟骨再生、優(yōu)化了界面結構、增加了膠原沉積，實現(xiàn)了肌腱—骨損傷的一體化再生。同時，在巨噬細胞耗竭的大鼠體內，研究團隊證實了支架的免疫調節(jié)功能是體內增強多組織再生的一個重要原因。
記者了解到，在體內實驗的基礎上，該團隊通過對免疫生物學機制的探索，進一步發(fā)現(xiàn)免疫多細胞支架能夠穩(wěn)定釋放錳離子，刺激巨噬細胞分泌前列腺素E2，從而增強多細胞的特異性分化。“免疫多細胞支架的構建，為臨床上軟硬組織界面的一體化再生提供了一種前景廣闊的新策略。” 吳成鐵說。
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