軟骨損傷修復「新武器]，臍帶間充質幹細胞外泌體

6 3 月, 2023

「激活內源性幹細胞」是一種很有前景的組織修復方法。臍帶來源的MSC-Exos可促進軟骨再生。這可能歸因於外泌體能促進內源性BMSCs和軟骨細胞的增殖分化，同時對關節腔內的炎症反應具有抑製作用，還可促進軟骨外基質的合成。

骨關節炎（Osteoarthritis，OA）是一種退行性關節疾病，在中老年群體中發病率極高，主要表現為關節疼痛及功能障礙。在中國50歲以上的人群中有8.1%的人為有症狀的膝骨關節炎患者，共計3000餘萬人。

到目前為止，還沒有一種方法能夠完全治癒骨關節炎。目前，骨關節炎的治療往往是通過理療、改變生活習慣、藥物治療或關節置換。非甾體類抗炎藥（如布洛芬、阿片類鎮痛藥物）和免疫抑制劑（如甲氨蝶呤），只能通過抑制炎症和緩解部分症狀，促進軟骨修復的能力並不強。

1.基礎知識

骨關節炎和MSCs

關節軟骨受到損傷後，自我癒合能力非常有限。如果損傷得不到及時治療，很容易引起骨關節炎（OA），將嚴重危害人體健康。目前，採用外科手術雖然可以使纖維軟骨再生，但其機械性能要比透明軟骨差。

間充質幹細胞（MSCs）的治療作用，主要歸因於其在炎症環境調控下發揮的免疫調節功能，可以用於治療廣泛的退行性和炎性疾病。間充質幹細胞（MSCs）治療是一種有前景的關節軟骨再生方法。人臍帶來源的間充質幹細胞（UC-MSCs），是組織工程化關節軟骨的優良種子細胞。

幹細胞外泌體

外泌體是一種直徑為30-150nm的細胞外囊泡，被認為是優良的藥物遞送載體。同時，具有獨特性的介導細胞間通信和相互作用。研究表明，間充質幹細胞外泌體（MSC-Exos）具有與間充質幹細胞（MSCs）相似的生物學功能，在組織修復和再生中起著重要作用。外泌體可以避免MSCs移植風險，在儲存和運輸方面也相對容易。MSC-Exos被認為是MSCs在某些疾病治療的理想替代品。

脫細胞軟骨細胞外基質（ACECM）支架具有垂直排列的仿生結構，可為幹細胞的粘附、增殖和分化提供微環境。在軟骨再生修復過程中，如果支架結合幹細胞外泌體使用，是不是起到更好的修復效果。

2.外泌體+支架，促進軟骨損傷修復

中國醫科大學附屬第一醫院李旭研究團隊發現，人臍帶間充質幹細胞外泌體（MSC-Exos）與脫細胞軟骨細胞外基質（ACECM）支架相結合，可促進軟骨缺損再生修復，並解釋了外泌體促進骨軟骨再生的機制。該研究發表於Bioactive Materials雜誌上，題目如下：

研究思路：

圖研究示意圖

研究者將臍帶間充質幹細胞外泌體（MSC-Exos）與脫細胞軟骨細胞外基質(ACECM)支架結合，設計了一個修復骨軟骨缺損的支架。本研究從關節腔微環境的角度，初步闡述了體外促進骨軟骨再生的機理。通過miRNA測序和富集途徑，進一步確定了MSC-Exos在軟骨再生過程中，可能發揮作用的有效成分和信號通路。

圖MSC-Exos對BMSC影響的體外實驗

體外實驗結果表明，MSC-Exos可促進體內骨髓間充質幹細胞（BMSCs）的遷移和增殖以及軟骨細胞的增殖，促進巨噬細胞極化。

動物實驗

支架製備：

制得直徑3.5mm、厚度1.5mm的圓形ACECM支架樣品，用Co60消毒備用。

動物模型：

在兔股骨髕骨打一個直徑3.5mm、深度1.5mm的孔，製備兔軟骨缺損模型。在軟骨缺損模型中，植入ACECM支架，注射幹細胞外泌體，作為實驗組。手術3-6個月後，評價幹細胞外泌體（MSC-Exos）對軟骨損傷的修復效果。

兔膝關節軟骨缺損修復模型結果證實，MSC-Exos可以增強ACECM支架的作用並促進軟骨再生，明顯優於對照組。

圖巨噬細胞的免疫熒光染色實驗

圖巨噬細胞極化分析

為了進一步探討外泌體調節炎症的機制，研究者進行了各種巨噬細胞（標記物分別為CD68、CD86和CD206）免疫熒光染色，研究人員發現，MSC-Exos可以促進巨噬細胞的浸潤，並使巨噬細胞向M2表型的極化。

促進軟骨損傷修復的可能機制

大鼠膝關節軟骨缺損模型的進一步研究中，MSC-Exos可調節關節腔微環境，主要表現為促進巨噬細胞向M2表型的極化。並抑制炎症反應。這可能是MSC-Exos促進軟骨再生的主要因素。miRNA測序證實，MSC-Exos包含許多miRNA，可促進透明軟骨再生。本研究通過分析，進一步闡明瞭MSC-Exos在軟骨再生中的作用。