Science Daily: 生物活性的水凝胶用于治疗膝盖软骨损伤,预防骨关节炎
Science Daily · 2015/07/23
膝盖损伤对于运动员来说是无时不在,无处不在的祸根,从专业人士和大学运动明星到经常跑步的普通人。目前的手术方案修复造成膝盖受伤的软骨损伤是非常昂贵的,而且极有可能会有并发症。并且从长远来看,往往不是非常有效。甚至手术后,软骨的进行性病变可不断发展,从而导致痛苦的骨性关节炎,严重影响运动员的职业生涯,和病人的正常活动,降低生活质量。

 美国爱荷华大学附属医院骨科的研究小组正在研发一种,实用,廉价,微创的手术方法,用于对创伤软骨的修复和骨关节炎预防。

此项研究的主要研究者,Yin Yu 说“我们正在开发一种可注射的生物活性水凝胶,用于修复软骨损伤,并促进软骨的再生。这项技术的成功可以延缓或消除骨关节炎的发展,省去了人工全膝关节置换。”Yin Yu目前是爱荷华大学骨科副教授James Martin的博士研究生。作为第一作者,Yin Yu 的这项研究,被作为封面文章发表于 Arthritis andRheumatology 杂志上,关节炎和风湿病研究领域最权威的杂志。 

马丁的研究小组此前曾确定了创伤的软骨中,存在一种可以成熟为新的软骨组织的中的一种软骨前体细胞。这项令人惊奇的发现打破了学术界长期持有的假设的一个,即软骨是身体的几个组织中不能自我修复中的一个。

该小组还确定了吸引这些前体细胞,被称为软骨祖细胞(CPC)分子信号的因素,这些信号能使CPC迁移出周围的健康组织到受损区域,并在适当地生长因子刺激下,使他们进一步分化成新的,正常软骨。信号之一,称为基质细胞衍生因子1(SDF1),就像一个使这些前体细胞归巢的分子生物信号。

在软骨损伤的实验模型,YinYu加载SDF1到定制的水凝胶中,并注射到软骨实验模型的创伤区域。前体细胞朝向SDF1信号所在的方向迁移的,并逐渐填充在损伤部位。随后加入的生长因子会使这些细胞成熟,并成长为正常软骨,修复软骨创伤。

“这个体外实验过程给了我们一个极好的结果,”Yu说。“新生成的软骨和周围的正常软骨组织完全无缝衔接在一起,它有正常浓度的蛋白多糖(软骨的主要成分),良好的结构性能,看起来像正常的软骨。” 

虽然新生的软骨组织在机械强度方面比正常的软骨还有一定差距,但YinYu和Martin认为,病人在康复阶段的物理治疗和锻炼可以进一步提高软骨机械性能,从而达到和正常软骨无异。

“目前确实没有治愈骨性关节炎的方法,除了全关节置换,这并不是特别适合年轻病人,因为人工关节磨损严重,需要更换多次,”马丁说。“我们的目的是利用人体自身的能力进行维修,而我们已经证明是软骨确实有再生潜能。你只需要恰到好处地操纵这个过程”

为了能把这种方法转变为可以在临床对病人使用的疗法,该研究团队现在需要将 SDF1和生长因子包装到这种水凝胶中,并实现逐步释放,从而诱导细胞迁移和分化。因此,Martin和Yu联手了爱荷华大学药学院教授Aliasger Salem博士,该小组将利用Salem对微细加工技术专业知识创造新的药物和基因输送载体,测试具有遗传指令的纳米大小的质粒DNA,或利用微球体装载生长因子的技术将这些特性融入水凝胶中。

致力于将研究成果商业化,并作为临床治疗方法,Yu参于了爱荷华大学的创业学院,在那里他和几个同事起草了商业计划,并带领团队创立了startup公司CartilaGen,LLC,进一步从事研发和商业化这种水凝胶的工作。

“我们很清楚需要做转化医学研究,我们一直在寻找开发一种疗法,一种可用于人类的最好方案,”Martin说。

“当我们准备这个商业化我们的产品,我们已经知道所有我们使用的生物材料和药物都已经是FDA (美国食品药物管理局)批准供人类使用的,”Yu补充道。“这将有利于加速我们产品开发的进程。”

Yu 和 Martin已经在计划大型动物试验,如果结果是好的,他们希望能在五年以内准备开始临床人体试验。


参考文献:

http://www.sciencedaily.com/releases/2015/04/150428125355.htm

http://now.uiowa.edu/2015/04/ui-team-developing-bioactive-gel-treat-knee-injuries

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