重医黄伟/包微/雷一霆团队开发新型工程化细胞外基质助力软骨修复

研究背景

软骨损伤是临床上常见的问题，常因创伤、感染或关节退行性疾病引起。由于软骨缺乏直接的血液供应，且从邻近滑膜液中获取营养的能力有限，软骨损伤往往难以自愈，最终可能导致骨关节炎，表现为关节畸形和功能障碍。目前的软骨修复策略包括微骨折手术、关节镜清创术以及基于细胞的疗法，但这些方法存在细胞来源有限、免疫排斥风险、供体部位损伤以及细胞运输的复杂性等挑战。

研究进展

研究团队通过优化间充质基质细胞（MSCs）来源的细胞外基质（ECM），并利用细胞因子（如IL-6、TNF-α和IFN-γ）进行预处理，成功开发出一种具有生物活性的工程化细胞外基质（eECM）。通过免疫荧光和扫描电子显微镜观察，发现经过预处理的MSCs在去细胞化后，其细胞骨架和细胞核被完全去除，而糖胺聚糖（GAG）含量保持稳定，表明去细胞化过程成功且保留了关键的ECM成分（图1）。

研究团队进一步通过蛋白质组学分析发现，经过细胞因子预处理的eECM中，多种关键细胞外基质成分（如胶原蛋白、层粘连蛋白、基质金属蛋白酶等）的表达水平发生了显著变化。此外，eECM中富含多种生物活性分子，如TGFBI、TGFB3、SDF2等，这些分子对软骨细胞的稳态和内源性干细胞的募集具有重要作用（图2）。

在体外实验中，研究发现，工程化细胞外基质（eECM）显著影响软骨基质成分表达。IFN-γ-ECM可恢复Ⅱ型胶原蛋白水平，降低ADAMTS5表达，促进基质合成并抑制降解，有效维持软骨稳态。此外，eECM显著促进软骨细胞的招募和增殖，其中IFN-γ-ECM的招募能力最强。它还能减轻软骨细胞衰老，降低促炎细胞因子水平，抗炎效果显著。细胞计数和CCK-8实验表明，IFN-γ-ECM显著增强软骨细胞的增殖能力。这些结果表明，IFN-γ-ECM通过多靶点协同作用，有效重建软骨稳态（图3）。

在体内实验中，研究团队通过动物模型实验，将经过微骨折手术处理的软骨缺损部位植入IFN-γ-ECM。术后6周和12周的组织学分析显示，IFN-γ-ECM组的软骨再生效果显著优于仅接受微骨折手术或普通ECM植入的对照组。修复的软骨组织与周围正常组织的界限不明显，且在修复组织中检测到丰富的Ⅱ型胶原蛋白表达，表明IFN-γ-ECM能够有效促进透明软骨的再生（图4）。

未来展望

该研究不仅为软骨修复提供了新的策略，还为开发具有特定功能的生物材料提供了新的思路。通过合理选择细胞因子预处理MSCs，可以定制具有特定功能的eECM，用于软骨修复以及其他组织再生治疗。未来的研究将进一步探索eECM在体内长期的安全性和有效性，以及其在其他组织再生领域的潜在应用（图5）。

来源：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0700