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  近期，上海交大醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院崔文國和重醫(yī)附一醫(yī)骨科黃偉主任、羅小輯主任等通過微流控技術(shù)構(gòu)建了兼具募集干細(xì)胞和促進(jìn)干細(xì)胞成軟骨分化的“細(xì)胞島嶼”微球，能夠用于骨關(guān)節(jié)炎軟骨損傷的修復(fù)和再生。該研究以題為“Stem Cell-Recruiting Injectable Microgels for Repairing Osteoarthritis”的論文發(fā)表在Advanced Functional Materials（2021，2105084）。（歡迎致力于“再生醫(yī)學(xué)材料”的博士加盟該團(tuán)隊(duì)從事博士后研究,50555736@qq.com）

  利用干細(xì)胞的多向分化潛能修復(fù)受損組織在再生醫(yī)學(xué)中具有良好應(yīng)用前景，然而在分離、培養(yǎng)、保存和遞送干細(xì)胞的過程中遇到的種種問題，如干細(xì)胞的分化潛能下降、免疫排斥反應(yīng)、感染等）限制了干細(xì)胞的廣泛應(yīng)用。因此，運(yùn)用生物材料學(xué)方法，構(gòu)建一種能動員、募集內(nèi)源性干細(xì)胞，并誘導(dǎo)其定向分化修復(fù)受損組織的無細(xì)胞生物材料，有望拓展干細(xì)胞的應(yīng)用前景。

  該團(tuán)隊(duì)通過光引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)將甲基丙烯酸化透明質(zhì)酸（HAMA）和肝素（HepMA）進(jìn)行化學(xué)鍵合，進(jìn)一步基于微流控技術(shù)制備了單分散、粒徑均一、可注射的多孔HAMA@HepMA水凝膠微球，并以肝素作為橋接與PDGF-BB和TGF-β3進(jìn)行非共價(jià)結(jié)合，從而構(gòu)建了兼具募集干細(xì)胞和促進(jìn)干細(xì)胞成軟骨分化的“細(xì)胞島嶼”微球（圖1），能夠用于骨關(guān)節(jié)炎軟骨損傷的修復(fù)和再生。

圖1：“細(xì)胞島嶼”微球的制備示意圖。

  研究表明，“細(xì)胞島嶼”微球能夠通過釋放具有趨化特性的PDGF-BB來刺激干細(xì)胞從其生態(tài)位中脫離。并且PDGF-BB這種緩慢而又持續(xù)的釋放特性能夠在微球周圍形成局部的高濃度，這將有助于細(xì)胞沿著PDGF-BB的濃度梯度進(jìn)行定向遷移，從而實(shí)現(xiàn)“細(xì)胞島嶼”微球?qū)Ω杉?xì)胞的趨化和募集。與此同時(shí)，“細(xì)胞島嶼”微球還能利用透明質(zhì)酸模擬細(xì)胞外基質(zhì)促進(jìn)被募集的干細(xì)胞的附著和鋪展（圖2）。

圖2：“細(xì)胞島嶼”微球的對干細(xì)胞的趨化和募集，“細(xì)胞島嶼”微球募集干細(xì)胞，并促進(jìn)細(xì)胞附著和鋪展。

  此外，“細(xì)胞島嶼”微球還能通過釋放具有成軟骨特性的TGF-β3誘導(dǎo)干細(xì)胞進(jìn)行定向成軟骨分化。研究團(tuán)隊(duì)通過前交叉韌帶切斷加內(nèi)側(cè)半月板切除的方法（ACLT + MMx）建立了大鼠骨關(guān)節(jié)炎模型，并在造模后1周和5周通過關(guān)節(jié)腔注射“細(xì)胞島嶼”微球來進(jìn)行干預(yù)。研究結(jié)果顯示，“細(xì)胞島嶼”微球能夠通過促進(jìn)軟骨修復(fù)和再生來改善骨關(guān)節(jié)炎（圖3）。

圖3：“細(xì)胞島嶼”改善骨關(guān)節(jié)炎軟骨損傷：(a) HE染色；(b) 番紅固綠染色；(c) 免疫組化染色。

  在本研究中，該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)將通過微流控技術(shù)產(chǎn)生的可注射多孔HAMA@HepMA水凝膠微球與PDGF-BB和TGF-β3進(jìn)行非共價(jià)結(jié)合，構(gòu)建了一種兼具募集干細(xì)胞和促進(jìn)干細(xì)胞成軟骨分化的“細(xì)胞島嶼”微球，能夠?yàn)楣顷P(guān)節(jié)炎軟骨損傷的修復(fù)和再生提供了一種新策略。同時(shí)，該策略也為微流控水凝膠微球在干細(xì)胞治療中的應(yīng)用提供了一種新思路。

  第一作者：雷一霆，通訊作者：羅小輯、崔文國、黃偉。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105084