Samuel I. Stupp/美国西北大学

同一实验室的两项创新性研究成果证明，退化的软骨可以修复和再生，首先是利用 "跳舞分子 "靶向组织再生所需的蛋白质，然后借助一种混合生物材料作为支架，促进软骨生长。它们有可能做到大自然无法做到的事情--软骨再生--这可用于缓解包括骨关节炎在内的各种关节疼痛，并可避免全膝关节重建等大型手术。

"软骨是我们关节的重要组成部分，"西北大学的首席研究员塞缪尔-斯图普说。"当软骨随着时间的推移受损或破裂时，会对人的整体健康和活动能力产生很大影响。问题在于，成年人的软骨并不具备固有的愈合能力。我们的新疗法可以诱导不能自然再生的组织进行修复。我们认为，我们的疗法可以帮助解决严重的、尚未满足的临床需求"。

这项混合生物材料试验被用于在绵羊关节中重新生长受损软骨，它是继使用 "跳舞分子"（即含有成千上万个分子的合成纳米纤维，这些分子对细胞具有强烈的信号）进行研究之后的又一项研究。通过改变其化学结构使其快速 "跳舞 "或移动，Stupp 和研究小组发现，这些分子能够快速定位并与细胞受体接触。在体内，纳米纤维与周围组织的细胞外基质相吻合，模拟自然的细胞通讯。

"细胞受体会不断移动，"Stupp 说，"通过让我们的分子从这些被称为超分子聚合物的结构中移动、'跳舞'甚至暂时跃出，它们就能更有效地与受体连接。

研究小组开发了一种环肽，然后以转化生长因子β-1（TGFb-1）蛋白为靶标，这种蛋白遍布全身，对软骨（和骨骼）的生长至关重要。在比较缓慢移动的分子和 "跳舞 "的组件时，研究人员发现后者在激活TGFb-1受体方面明显更有效。

Stupp 研究小组/美国西北大学

"三天后，暴露在流动性更强的长分子集合体中的人体细胞产生了更多软骨再生所需的蛋白质成分，"Stupp 说。"对于软骨基质中的一种成分（即胶原蛋白 II）的生成，含有能激活 TGF-beta1 受体的环肽的舞蹈分子甚至比生物系统中具有这种功能的天然蛋白质更有效。

研究小组目前正在对这种跳舞分子系统进行再生骨测试，结果将于今年晚些时候公布。研究小组还希望将这一研发成果用于脊髓修复的临床试验。

不过，这并不是斯图普实验室的唯一发现，另一种方法还能使羊关节中的软骨再生。在第二项研究中，研究小组开发了一种混合生物材料，这种材料由生物活性肽和改性透明质酸组成，生物活性肽能与非常重要的TGFb-1蛋白结合，改性透明质酸是一种天然的粘液状物质，能润滑包括关节在内的身体各部分。

"许多人对透明质酸并不陌生，因为它是护肤品中的一种常用成分，"Stupp 说。"它也天然存在于人体的许多组织中，包括关节和大脑。我们之所以选择它，是因为它类似于软骨中的天然聚合物。

研究小组利用这种生物材料刺激纳米级纤维组织成束--模仿软骨的天然构成。这基本上形成了一种生物友好型支架，可以促进人体细胞在其上再生软骨组织。

将这种 "橡皮泥 "生物材料植入绵羊受损的膝关节软骨，在六个月内，软骨组织的修复能力得到增强，由天然生物聚合物（胶原蛋白 II 和蛋白聚糖）组成的新软骨也开始生长。在人工支架自然降解的情况下，新软骨结构仍保持完好，从而使先前受损的关节实现了无痛运动和有效稳定。

对照组软骨（用黄褐素染色），图像左上方有缺损

Samuel I. Stupp/美国西北大学

处理过的软骨（用黄蓍素染色）显示缺损已被填平

"对绵羊模型的研究更能预测治疗在人类身上的效果，"Stupp 说。"在其他较小的动物身上，软骨再生更容易发生。

研究小组认为，与目前的微骨折手术方法相比，这种厚浆糊状的生物材料可用于外科手术，作为促进软骨修复的微创方法。

"Stupp说："微骨折方法的主要问题在于，它通常会导致纤维软骨的形成--与我们耳朵里的软骨一样--而不是透明软骨，后者才是我们拥有功能性关节所需的软骨。"通过再生透明软骨，我们的方法应该更能抵御磨损，长期解决活动能力差和关节疼痛的问题，同时还能避免使用大型硬件进行关节重建。

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