从骨缺损到完全愈合只用4周 | 骨髓间充质干细胞可修复骨损伤，或能取代骨移植手术-干细胞&免疫细胞&外泌体&再生医学领域垂直媒体细胞世界

从骨缺损到完全愈合只用4周 | 骨髓间充质干细胞可修复骨损伤，或能取代骨移植手术

2023-06-30 13:17 • 干细胞疗法 • 阅读 21119

近日，柏林慈善健康研究所(BIH)与萨尔茨堡帕拉塞尔苏斯私立医科大学(PMU)的研究人员就共同证明：骨髓间充质干细胞（BMSCs）可以再生大型骨骼损伤并形成新的矿化组织，是治疗难以愈合的骨折和大尺寸骨缺损的新方法。

从骨缺损到完全愈合只用4周 | 骨髓间充质干细胞可修复骨损伤，或能取代骨移植手术

骨骼有自愈的功能。骨折发生以后，在创伤的一刹那间，机体的成骨细胞被激活，产生新的骨痂，将骨折断端愈合，连接在一起。但如果碰上由严重创伤、感染、肿瘤手术等引起的大型骨缺损，这种自愈能力就显得“杯水车薪”。

为了填补骨缺损，患者通常需要进行骨移植手术。据统计，全球每年都要进行约200万例骨移植，仅次于血液。然而，庞大的需求背后，这种从其他部位“挪用”骨骼的疗法却并不完美，存在着移植物可用性低，再生能力较低，存在同种异体免疫排斥，供体部位有概率发病等问题。因此，医学上迫切需要治疗难以愈合的骨折和大尺寸骨缺损的新方法。

间充质干细胞（MSCs）因其出色的再生修复能力而被视作一种可行的选择。MSCs广泛地分布于人体的骨髓、脂肪、牙髓之中，具有在一定条件下分化为成骨细胞、脂肪细胞或软骨细胞的潜能。这种独特的多向分化潜能让MSCs逐渐成为再生医学界的“宠儿”。

在此次研究中，为了确定合适的细胞来源及效用，研究者横向对比了骨髓、脂肪、脐带等组织来源的MSCs形成功能性软骨的能力。尽管所有类型的MSCs都可以表达与软骨内骨化相关的转录因子，但只有骨髓来源的MSCs在体外形成软骨盘。

▲通过三维软骨形成软骨类器官样椎间盘

他们利用处于临界值的股骨缺损小鼠模拟了不愈合骨折的临床情况，并将骨髓来源的MSCs分化所得的功能性肥厚软骨盘直接移植到骨折间隙中以桥接骨损伤。小鼠从缺损到骨折完全愈合，整个治疗过程只用了4周。

组织学分析证实，所有接受骨髓来源的MSCs治疗的动物骨髓腔都得到了持续的皮质骨桥接。Movats五色显示矿化的皮质骨，桥接了先前的骨折间隙，并矿化了剩余的BMSC移植物残余物。换句话说，来源于骨髓的MSCs具有形成功能性软骨的能力，并积极地控制愈合过程和组织矿化。

▲MSC来源软骨类器官移植后28天，小鼠临界大小股骨骨折状态

此项研究还描述了一种新的表观遗传景观，它是控制软骨分化转录网络的潜在分子机制，支持着间充质干细胞的再生潜能，并调节着骨骼愈合。这涉及到细胞DNA中所谓的增强子（基因表达的放大器）的复杂网络，研究者将其称为“增强子景观”。

“我们的研究为选择合适的细胞来治疗难以愈合的骨折做出了重要的贡献。而关于组织特异性增强子特征的信息也可能有助于改进其他基于细胞的疗法，“该研究资深作者Dirk Strunk教授说道。

▲体外工程化MSC来源软骨椎间盘治疗小鼠临界大小股骨骨折的成像质谱分析

目前由Sven Geissler和Dirk Strunk领导的研究人员正在做进一步开发，期望将这种新方法转化为骨科和创伤手术中大骨缺损的治疗选择。

从这项研究中，我们可以看到干细胞疗法在骨科疾病中展现了不俗的应用前景。但凭借着多向分化潜能，干细胞有可能衍生为肝细胞、胰岛β细胞、心肌细胞等细胞类型，让肝脏、心脏等过往难以再生的器官，都有了修复的希望。而大胆的科学家还希望更进一步——通过充分发掘干细胞的分化潜能，以制造完整的人类器官。

伴随着各类“迷你器官”面世，我们似乎能清晰地看到：再生医学正在为人类描绘一个值得期望的未来，它不可思议，却又充满着无限希望。

参考资料：

Hochmann S, Ou K, Poupardin R, Mittermeir M, Textor M, Ali S, Wolf M, Ellinghaus A, Jacobi D, Elmiger JAJ, Donsante S, Riminucci M, Schäfer R, Kornak U, Klein O, Schallmoser K, Schmidt-Bleek K, Duda GN, Polansky JK, Geissler S, Strunk D. The enhancer landscape predetermines the skeletal regeneration capacity of stromal cells. Sci Transl Med. 2023 Mar 22;15(688):eabm7477. doi: 10.1126/scitranslmed.abm7477. Epub 2023 Mar 22. PMID: 36947595.

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