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  近期，上海交大醫學院附屬瑞金醫院崔文國和重醫附一醫骨科黃偉主任、羅小輯主任等通過微流控技術構建了兼具募集干細胞和促進干細胞成軟骨分化的“細胞島嶼”微球，能夠用于骨關節炎軟骨損傷的修復和再生。該研究以題為“Stem Cell-Recruiting Injectable Microgels for Repairing Osteoarthritis”的論文發表在Advanced Functional Materials（2021，2105084）。（歡迎致力于“再生醫學材料”的博士加盟該團隊從事博士后研究,50555736@qq.com）

  利用干細胞的多向分化潛能修復受損組織在再生醫學中具有良好應用前景，然而在分離、培養、保存和遞送干細胞的過程中遇到的種種問題，如干細胞的分化潛能下降、免疫排斥反應、感染等）限制了干細胞的廣泛應用。因此，運用生物材料學方法，構建一種能動員、募集內源性干細胞，并誘導其定向分化修復受損組織的無細胞生物材料，有望拓展干細胞的應用前景。

  該團隊通過光引發的自由基聚合反應將甲基丙烯酸化透明質酸（HAMA）和肝素（HepMA）進行化學鍵合，進一步基于微流控技術制備了單分散、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進行非共價結合，從而構建了兼具募集干細胞和促進干細胞成軟骨分化的“細胞島嶼”微球（圖1），能夠用于骨關節炎軟骨損傷的修復和再生。

圖1：“細胞島嶼”微球的制備示意圖。

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

圖2：“細胞島嶼”微球的對干細胞的趨化和募集，“細胞島嶼”微球募集干細胞，并促進細胞附著和鋪展。

  此外，“細胞島嶼”微球還能通過釋放具有成軟骨特性的TGF-β3誘導干細胞進行定向成軟骨分化。研究團隊通過前交叉韌帶切斷加內側半月板切除的方法（ACLT + MMx）建立了大鼠骨關節炎模型，并在造模后1周和5周通過關節腔注射“細胞島嶼”微球來進行干預。研究結果顯示，“細胞島嶼”微球能夠通過促進軟骨修復和再生來改善骨關節炎（圖3）。

圖3：“細胞島嶼”改善骨關節炎軟骨損傷：(a) HE染色；(b) 番紅固綠染色；(c) 免疫組化染色。

  在本研究中，該聯合團隊將通過微流控技術產生的可注射多孔HAMA@HepMA水凝膠微球與PDGF-BB和TGF-β3進行非共價結合，構建了一種兼具募集干細胞和促進干細胞成軟骨分化的“細胞島嶼”微球，能夠為骨關節炎軟骨損傷的修復和再生提供了一種新策略。同時，該策略也為微流控水凝膠微球在干細胞治療中的應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基金委等項目支持。

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