骨关节炎:干细胞治疗可以在不需要手术的情况下再生软骨

堪萨斯州发掘出的中生代恐龙与施洗约翰有什么共同点,全世界有数亿人有共同点?骨关节炎。不要与它的姐姐D混淆

堪萨斯州发掘出的中生代恐龙与施洗约翰有什么共同点,全世界有数亿人有共同点?骨关节炎。不要与其姊妹疾病,类风湿关节炎(因关节中的自身免疫反应引起的炎症)和骨质疏松症(骨骼的逐渐减弱),骨关节炎(OA)是关节骨骼的逐渐变薄 – 光滑,润滑结肠组织的平滑结合组织组织这覆盖了关节的骨头末端。关节软骨至少在健康状态时提供无痛运动。

当软骨损坏且薄时,粘结会与骨头磨碎。在某些患者中,当骨骼互相磨碎时,您实际上可以听到crack啪声。随着时间的流逝,摩擦会磨损骨头,直到神经末端暴露出来,并且日常运动(步行,坐着,甚至写作)会导致疼痛。

在OA的最新阶段,在所有其他缓解疼痛的选择都失败了之后,最后的手段是联合替代品。这有三个主要问题:首先,关节置换并不能显着减轻10%的患者的疼痛。其次,10%的关节替代者在15年内失败,需要更换。第三,大约1%的患者因手术而出现感染。尽管这些百分比似乎相对较小,但仅美国就有超过100万个联合置换手术。这意味着成千上万的人要么患有与关节替代品有关的并发症,要么没有缓解疼痛。

医学界已经在一个多世纪的时间里工作,以制定需要在需要手术前修复损坏的软骨的策略。但是,这些策略具有重大缺陷 – 最著名的是短期修复和长期恢复期。根据NPJ再生医学的最新研究,研究人员已经制定了一项没有这些陷阱的策略 – 基于干细胞的生物置换剂。我们可以通过在骨骼中钻孔来修复软骨,但是我们应该吗?

OA相关的关节软骨损害的传统解释是“机械创伤”,这是不可避免的衰老和过度使用的“磨损”。但是,在过去的几十年中,我们的理解发生了变化。现在,我们知道OA的原点是多因素。机械创伤确实起作用,但遗传学,营养,糖尿病,免疫力,肢体比对甚至关节形状也是如此。无论其基本机制如何,一个方面保持不变:OA意味着关节软骨损坏。

身体不擅长修复关节软骨。在1950年代之前,没有既定的医疗技术可以提供很多帮助。患者要么忍受疼痛,要么接受了危险的关节置换手术(结果可疑)。但是,这发生在1959年,当时英国骨科协会国会议会发表了七句话。在令人惊讶的简洁文章中,正在治疗OA患者的英国临床医生Kenneth H. Pridie博士指出:“如果钻了[骨头的末端]并且孔相距不远,那么[软骨]将散布在表面。”

肯尼斯·H·普里迪(Kenneth H. (信用:Martin&Jakob。,Isakos。2021杂志)出版了这一革命性程序后不久,Pridie死了,使科学家们想出了这个想法,他将允许他执行此操作,以及更实用的行动问题,例如“钻头有多大?”和“相距多远?”

六十年后,科学家仍在努力回答这些问题。然而,1980年代的研究人员发现了Pridie技术的基本机制:通过钻探骨头的末端,骨髓中的细胞可以进入受损的关节并产生新的软骨。当前,该技术(称为微裂纹)是重生关节软骨的最常见治疗方法。这是一个快速的过程(通常持续30至90分钟),最少的侵入性,恢复时间相对较短(四到七个月)。

但是有一个缺点:这种新软骨在生物力学上不如原始关节软骨。结果,它可能会在短短几年后磨损,并且需要重复该过程,这增加了并发症的可能性(例如感染)。丹尼斯·伊夫森科(Denis Evseenko)是USC凯克医学院的骨科外科,干细胞研究和再生医学教授,他希望他的生物植物能够创建强大的关节软骨,可以持续数十年。为此,他必须找到一种方法来利用可以产生关节软骨的孤独牢房的力量。

只有一个小区知道关节软骨的食谱

软骨是人体最简单的结缔组织之一。或者,至少就其成分而言,它很简单:水和少数不同的蛋白质(其中一些您可能在储藏室中)。但是,只有一位厨师可以正确地鞭打关节软骨:软骨细胞。细胞细胞过着孤独的生活。每个细胞嵌入软骨中,每个细胞都控制着自己的微环境,仅凭其负责维持该区域的软骨。我们仍在学习这些细胞,但是我们知道,当它们再也无法履行角色时,很少有替代者。虽然一些科学家正在努力了解如何使用骨髓细胞再生软骨,但其他科学家正在研究如何以相同的目的利用软骨细胞。

1980年代出现了一种新技术:外科医生从患者那里去除一小部分骨骼,提取一些软骨细胞,并将其复制在培养皿中。产生足够数量的软骨细胞后,外科医生将其植入患者。该过程产生的软骨与原始手段一样强。但是,由于需要多次手术,因此该技术未能获得太大的动力,并且植入的软骨细胞修复软骨可能需要两年的时间。

长期恢复时间的原因之一是使用“旧”软骨细胞。随着一个人的年龄,软骨细胞减慢了软骨的生产。当一个旧的软骨细胞复制时,它会产生另一个像旧软骨细胞的软骨细胞(在软骨生产中很慢)。研究人员长期以来一直怀疑由干细胞产生的软骨细胞会像年轻的软骨细胞一样(具有快速软骨的产生),但是没人知道如何创建干细胞衍生的软骨细胞直到2010年。小心定时信号到干细胞。在错误的时间给出错误的信号,您可能会有完全不同的单元格。确定正确的信号和正确的时机是一个很难解决的问题。但是在2010年,曼彻斯特大学的一群研究人员做到了这一点:他们从干细胞中创建了软骨细胞。

Evseenko和他的研究人员凭借这种新知识的武装,着手设计一种治疗性生物植物,该植物捕获了针对软骨再生的两种当前两种策略中最好的:一种微创的快速程序,短暂的恢复时间很短,可以产生强大的关节软骨。他们是一个较高的订单,但配备了干细胞衍生的软骨细胞,他们在2018年取得了成功。

它们的生物植物由软骨状基质组成,该基质嵌入了干细胞衍生的软骨细胞。在将软骨细胞施加到小鼠膝关节上的四个星期后,用强的关节软骨代替了软骨样环境。这些结果是有希望的,但是小动物的关节在结构上与包括人类在内的大型动物不同。最值得注意的是,小动物的关节软骨非常薄。因此,在他们继续进行人类的临床试验之前,研究人员需要扩展到比小鼠大的东西:尤卡坦小型的Yucatan Minipig厚实的关节软骨使它们成为研究骨关节炎治疗的绝佳模型。 (信用:Davis等人,PLOS One,2014年)

“ Minipig”听起来可能不像是大动物的一个很好的例子,只有大约16英寸高,长36英寸。但是,它们重约160磅。为了缓冲他们的小关节,它们的关节软骨非常厚,类似于人类。

为了模仿与OA相关的关节软骨损伤,研究人员切断了膝关节的关节软骨段。他们将生物植物置于该地区。猪恢复了六个月,当研究人员再次看关节时,很明显,在用植入物处理的猪中再生的关节软骨。最重要的是,软骨是厚而吸收的,远远优于微裂纹技术产生的软骨。

现在,这项工作将在加利福尼亚再生医学研究所的600万美元赠款的支持下晋升为人类。

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