摘要：
目前骨关节炎(OA)的治疗策略主要是解决改善疾病的潜力有限的症状。人们对将脂肪来源的干细胞（ADSCs）用于OA治疗和开发仿生注射水凝胶作为细胞输送系统越来越感兴趣。仿生注射水凝胶可以通过为组织再生提供适当的生物和化学线索来模拟原生组织微环境。开发了一种基于羊膜膜（AM）的仿生注射水凝胶，它可以原位自组装并将干细胞保留在靶点。在本研究中，我们评估了关节内注射AM水凝胶在胶原酶诱导的OA大鼠模型中减少炎症和软骨退行性变的疗效。OA诱导1周后，分别用对照组（磷酸盐缓冲盐水）、ADSCs、AM凝胶和AM-ADSCs处理大鼠。通过关节肿胀、细胞因子谱和拉曼光谱分析、大体外观和组织学来评估炎症和软骨再生。AM和ADSC都具有抗炎和软骨保护特性，以靶向骨关节炎关节的炎症部位，从而减少炎症介导的关节软骨损伤。本研究证明了AM水凝胶促进软骨组织再生的潜力，AM水凝胶和ADSCs具有类似的再生作用，以及AM和ADSC在大鼠OA模型中对软骨组织再生的协同抗炎和软骨保护作用。
介绍
骨关节炎（OA）影响整个滑膜关节，包括关节软骨、滑膜和软骨下骨。仅在美国，就有2700万人受到这种疾病的影响，相关的医疗保健费用估计每年超过1850亿美元。最近的研究表明，炎症及其诱导的分解代谢在促进OA症状和加速疾病方面发挥着重要作用。最著名和关键的炎症介质是在OA早期表达的肿瘤坏死因子α（TNF-α）和白细胞介素1β（IL-1β）。促炎细胞因子的分解代谢作用导致软骨细胞减少、软骨细胞功能改变以及软骨细胞外基质（ECM）的进一步分解。非手术疗法和手术疗法目前都用于OA治疗，它们提供了暂时的缓解，但未能治疗OA发病机制。
由于炎症是OA进展的关键因素，因此开发可以抑制炎症和促进再生途径的新疗法可能会预防/延缓OA进展，从而为OA治疗带来希望。沿着这条线，各种研究调查了脂肪干细胞(ADSC)在治疗OA中的潜在作用。ADSC的治疗特性是多方面的，因为它们含有多种抗炎和软骨保护剂，可抑制炎症、抑制免疫识别并减少软骨细胞的凋亡和去分化。最近，已经在不同的动物模型以及临床试验中研究了ADSCs通过关节内注射对OA治疗的有益作用。尽管干细胞疗法在OA治疗中取得了可喜的成果，但干细胞的长期治疗应用仍然有限。先前的研究表明，干细胞在治疗OA方面提供了暂时/早期的效果，而不是长期的效果，这表明需要更多的细胞数量和多次细胞注射。干细胞的短期效应主要是由于有限的长期细胞存活/保留、广泛的细胞死亡和较差的细胞功能，以及注射到靶位后细胞分布不充分。为了克服这些挑战，已经尝试了大剂量的细胞和多次注射；然而，这些方法在经济上不可行，并且与细胞过度扩张的风险有关。
为了克服这些限制，需要能够维持移植细胞存活和维持功能的递送系统，以通过移植细胞和宿主组织的相互作用来刺激内源性再生。在我们之前的研究中，我们开发了一种基于可注射羊膜（AM）的水凝胶作为干细胞递送系统。这些AM水凝胶支持细胞功能，例如细胞活力、增殖和干性。此外，我们的研究表明AM水凝胶和AM水凝胶-ADSC组合在体外骨关节炎模型中提供免疫调节和软骨保护环境的能力。AM是胎盘组织的最内层，易于接触，包括胶原蛋白（I、III、IV、V和VI型）、纤连蛋白、层粘连蛋白、蛋白聚糖和透明质酸。AM已被证明可抑制有效的促炎细胞因子（如IL-1α和IL-1β）的表达，并通过膜中存在的天然MMP抑制剂的表达降低基质金属蛋白酶(MMP)水平。AM还含有IL-1Ra，一种IL-1的受体拮抗剂，一种促炎细胞因子，已被证明可在OA中上调。在同种异体移植的情况下，胎盘在降低宿主免疫反应方面也起着重要作用，因为它具有防止胎儿“同种异体移植物”被排斥的独特功能。使用AM作为促进细胞增殖、体外细胞表型和体内软骨再生的软骨细胞载体系统的可行性已在各种研究中得到证实。然而，这些研究的主要限制是使用薄片形式的AM，这需要侵入性外科手术。为了克服与手术相关的并发症，开发了在盐水中使用微粉化AM的微创疗法，这也证明了在体内减弱OA的功效。然而，关节内注射会快速清除治疗剂，这可能会限制疗效并产生不显着的效果。因此，定位和延长保留对于持续释放治疗剂以通过最少的注射有效发挥作用至关重要。
本研究的总体目标是使用我们先前设计的细胞保护和细胞支持可注射AM水凝胶作为干细胞递送系统，提高干细胞疗法治疗OA的疗效。我们研究了AM水凝胶作为ADSC输送系统的潜力，并评估了AM水凝胶在胶原酶诱导的膝关节OA大鼠模型中预防炎症和软骨退化以及促进软骨组织再生的效果。
方法与结果
我们研究了AM水凝胶作为ADSC输送系统的潜力，并评估了AM水凝胶在胶原酶诱导的膝关节OA大鼠模型中预防炎症和软骨退化以及促进软骨组织再生的效果。实验结果显示，通过液相色谱-质谱法表征羊膜蛋白（见图一）。在OA诱导一周后，用对照（磷酸盐缓冲盐水）、ADSC、AM凝胶和AM-ADSC对大鼠进行治疗（见图二）。通过关节肿胀（见图三）、细胞因子谱（见图四）和拉曼光谱（见图五）分析血清、大体外观和组织学来评估炎症和软骨再生。AM和ADSC都具有抗炎和软骨保护特性，可针对骨关节炎关节中的炎症部位，从而减少炎症介导的关节软骨损伤（见图六）。本研究证明了AM水凝胶促进软骨组织再生的潜力，AM水凝胶和ADSC的可比再生效果，以及AM和ADSC在大鼠OA模型中再生软骨组织的协同抗炎和软骨保护作用（见图七）。
（图一）
（图二）
（图三）
（图四）
（图五）
（图六）
结论
细胞疗法被广泛用于解决当前未满足的复杂退行性疾病（如OA）的需求。然而，缺乏理想的交付系统导致结果不一致，表明需要更可靠的策略。这项研究证明了在大鼠OA模型中使用仿生可注射水凝胶作为ADSC的传递系统来减轻OA和再生软骨组织的可行性。我们的研究显示了AM水凝胶在疾病改变和软骨组织再生方面的潜力。AM和ADSC组均显示出相当的疾病缓解和软骨组织再生效果。此外，该研究还证实了联合组（AM-ADSC）对疾病改善和软骨组织再生的协同作用。
文章出自：动物实验外包 想了解更多请关注：http://www.do-gene.com
