PNAS：软骨再生取得新突破

美国西北大学的科学家们近日开发出一种新型生物活性材料，在一种大型动物模型的膝关节中成功再生了高质量的软骨。

这种材料虽然看起来像一团橡胶，但实际上是由分子成分组成的复杂网络，这些成分共同作用，模仿软骨在体内的自然环境。

在这项新研究中，研究人员将这种材料应用于绵羊膝关节中受损的软骨上。在短短六个月内，研究人员观察到修复功能增强的迹象，包括新软骨的生长，其中的天然生物聚合物（II型胶原蛋白和蛋白聚糖）有助于关节的机械回弹。

研究人员表示，随着研究的深入，这种新型材料有望用于治疗骨关节炎等退行性疾病，修复前交叉韧带撕裂等运动相关损伤。这项研究成果于8月6日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

通讯作者、西北大学的Samuel I. Stupp表示：“软骨是我们关节的重要组成部分。随着时间的推移，软骨受损或断裂，对人们的整体健康和活动能力产生极大的影响。问题在于，在成年人体内，软骨不具备天生的愈合能力。我们的新疗法可以诱导无法再生的组织进行修复。我们认为，这种治疗方法有助于解决尚未满足的临床需求。”

材料里包含什么？

这种新型生物材料包含两种成分：一种是与TGFβ-1结合的生物活性肽，TGFβ-1是软骨生长和维持所必需的蛋白质，另一种是改性透明质酸，一种存在于软骨和关节滑液中的天然多糖。

“许多人对透明质酸并不陌生，因为它是护肤品中的一种常见成分，” Stupp说。“它也天然存在于人体的许多组织中，包括关节和大脑。我们之所以选择它，是因为它类似于软骨中的天然聚合物。”

Stupp的团队将生物活性肽和化学修饰的透明质酸颗粒结合在一起，推动纳米级纤维的自组织成束，以模拟软骨的天然结构。他们的目标是形成一个有吸引力的支架来再生软骨组织。这种材料利用纳米级纤维中的生物活性信号来促进软骨修复。

绵羊的软骨再生

为了评估这种材料是否能够有效地促进软骨生长，研究人员在绵羊的跗关节软骨缺损处进行了测试，跗关节是后肢的一个复杂关节，类似于人类的膝盖。这项工作是在威斯康星大学麦迪逊分校兽医学院的Mark Markel实验室中进行的。

据Stupp介绍，在绵羊模型上进行测试是至关重要的。像人类一样，绵羊的软骨也是个难题，很难再生。绵羊的跗关节和人类的膝关节在承重、大小和机械负荷方面也有相似之处。

“对绵羊模型的研究更能预测这种治疗在人类身上的效果，”Stupp说。“在其他较小的动物中，软骨再生相对比较容易。”

在这项研究中，研究人员将这种粘稠的糊状材料注射到软骨缺损处，在那里它变成了橡胶状的基质。随着支架的降解，新的软骨长出来填补了缺损处，而且修复后的组织在质量上始终高于对照组。

未来的解决方案

Stupp设想，这种新材料未来可以应用于关节镜手术。目前的治疗方法是微骨折手术，在手术过程中，外科医生在下层骨骼上制造微小的骨折，以诱导新的软骨生长。

“微骨折方法的主要问题在于，它经常导致纤维软骨的形成（就像我们耳朵里的软骨一样），而不是透明软骨，而透明软骨才是我们拥有功能性关节所需要的，”Stupp说。“通过再生透明软骨，我们的方法能够更好地抵抗磨损，解决长期活动能力差和关节疼痛的问题，同时也避免了使用大型硬件重建关节的需要。”