《Science》子刊釋出關節軟骨再生重大突破，“不死癌症”有救了

生長因子或幹細胞治療有效率很低

其他部位的自體軟骨移植是“拆東牆補西牆”

異體移植會免疫排斥

人工合成的軟骨支架承重不佳，容易斷裂……

骨關節炎亦稱為骨關節病、退行性關節炎、增生性關節炎、老年性關節炎，是一種病因尚不明確的以關節軟骨退行性變和繼發性骨質增生為特徵的慢性關節疾病。好發於負重較大的膝關節、髖關節、脊柱及遠側指間關節等部位。

臨床上表現為進展性關節疼痛，可有晨僵、關節腫大等，一般不可治癒，被稱為“不死癌症”。

有調查表明，我國45歲以上人口中，每100人就有8人患有有症狀的膝骨關節炎。而目前的常規治療主要集中於抗炎和止痛，只能緩解症狀，治療方法不盡人意。

無獨有偶，骨關節炎同樣也是困擾美國人疼痛和殘疾的首要病因之一。

據統計每年有超過3200萬的患者會花費平均16000美元投入治療。

面對上述情況，

美國康涅狄克大學的研究人員們提出新構思：

首先，他們發現聚L-乳酸（PLLA）奈米纖維製作的生物可降解支架，具有壓電特性，植入人體後。當關節產生擠壓時，即可產生微電流，也就是說走路之類的運動會讓關節的PLLA支架產生微弱但恆定的電場，促進幹細胞的軟骨分化，而且這個過程不需要在支架上額外新增生長因子或幹細胞。

（術後的兔子在跑步機上運動，可以刺激膝關節內的壓電裝置產生電流，刺激軟骨再生，恢復膝關節功能。圖片來源：Thanh Nguyen/University of Connecticut and UConn Health）

研究人員不僅揭示了這其中的機制，還在軟骨損傷嚴重患有骨關節炎的兔子模型中驗證了支架的有效性。

據觀察在植入支架並進行運動恢復後的1-2個月，兔子經歷了完整的軟骨再生和癒合，甚至可以在跑步機上正常地奔跑。

這項研究成果一經發布，便以封面的形式發表在了《科學·轉化醫學》雜誌上。

其實很早以前，科學家們就已經知道軟骨對電刺激很敏感，可以利用電刺激促進軟骨修復。

但是，這項治療一直存在著植入電刺激裝置可能會導致感染和疼痛，無創的外部電磁場裝置效果不好的問題。

有一句話叫所有的命中註定都是厚積薄發。

該研究的作者Thanh Nguyen實驗室其實一直都在研究軟骨再生，但是直到Nguyen的博士和博士後生涯研究的內容涉及到生物可降解材料技術平臺以及生物介面奈米壓電學，他才驚喜地發現PLLA生物可降解壓電奈米纖維的可用性。

首先，Nguyen把這項研究使用在重約3kg的骨關節炎兔子身上，在PLLA壓電奈米纖維薄膜製作的3D軟骨支架植入兔子體內後，支架是用膠原蛋白粘合的，膠原蛋白黏附層的空間為細胞提供了生長空間。並且，在兔子關節運動壓力下，穩定地產生電流。

其次，體外實驗顯示，用適當的機械壓力刺激支架，相比不具有壓電效能的支架，兔子脂肪來源的幹細胞遷移速度更快，並且更多地向軟骨細胞分化，相關基因的表達，以及糖胺聚糖（GAG）和II型膠原蛋白的水平顯著增加，支架對脂肪來源的幹細胞也沒有產生毒性。

最後，透過手術給它們的膝關節植入支架，休息好後，開始進行每天20分鐘的運動訓練，在堅持運動1個月和2個月後對軟骨的恢復情況進行記錄。

記錄顯示：相比假手術組和非壓電支架組，壓電支架組兔子的軟骨再生更多，關節表面更平滑，植入物與軟骨的整合性更好，再生的軟骨呈有光澤的白色，2個月時的軟骨體積顯著高於1個月時的測量結果（P=0。03）。和體外實驗一致，壓電支架組GAG和II型膠原蛋白的水平也顯著增加。

並且，研究人員發現了三個PLLA壓電奈米纖維支架促進軟骨恢復的潛在機制。

1。 壓電支架相比非壓電支架能夠吸附更多的纖維連線蛋白

2。 壓電刺激使得細胞中的轉化生長因子-β1（TGF-β1）水平增加，TGF-β1在幹細胞成軟骨分化過程中起著重要作用；

3。 壓電刺激部分增加了電壓門控鈣離子通道（VGCC）的開啟，增加了鈣離子向細胞內流入，增加了軟骨形成。

但是對於這個研究成果，Nguyen也表示：“我們要謹慎地看待，因為兔子體型較小，未來還需要在體型更大、更接近人類的動物中進行測試，並且延長觀察時間，以確保恢復後的軟骨的耐用性，並要考慮在老年動物中進行測試。只有在這些方面繼續取得成功，才能讓更多的患者獲益。”

文/達尼亞