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三项研究揭示利用干细胞有望治疗骨折

标签:发布时间:2013-03-25 03:11:25


 在第一项新的研究中,来自英国南安普敦大学和格拉斯哥大学的研究人员创建出一个产生骨细胞的新方法,从而可能导致人们开发出革命性的骨修复疗法来治疗骨折患者或因骨质疏松症和骨关节炎而需要进行髋关节置换手术(hip replacement surgery)的那些病人.相关研究结果于2013年1月30日在线发表在Small期刊上,论文标题为"Nanotopographical Cues Augment Mesenchymal Differentiation of Human Embryonic Stem Cells".

 

在这项研究中,南安普敦大学Emmajayne Kingham博士和同事们在塑性材料表面上培养人胚胎干细胞,并评估它们发生变化的能力.

 

研究人员能够使用生物医学塑料表面上的纳米形貌图案(nanotopographical pattern)来操纵人胚胎干细胞而让它们分化为骨细胞.

 

这些塑性材料包括生物医学上可植入的材料聚碳酸酯塑料(polycarbonate plastic),从而提供一种可实现地更便宜地培养人胚胎干细胞的方法.这种方法为这个领域的未来医学研究提供新的机遇.

 

在第二项新的研究中,来自英国爱丁堡大学和南安普敦大学的研究人员发现将病人自己的干细胞附着到一种植入的刚硬轻型塑料"支架(scaffolding)"上来生长出新的骨细胞,其中这种塑料支架随着新的骨组织生长时逐渐地发生降解而被替换掉.这种方法可能很快被用来治愈破碎的肢体.相关研究结果于2013年1月25日在线发表在Advanced Functional Materials期刊上,论文标题为"Discovery and Evaluation of a Functional Ternary Polymer Blend for Bone Repair: Translation from a Microarray to a Clinical Model".

 

在遭受创伤时,病人坚硬的骨组织或软骨遭受损伤而经常需要骨组织再生.这就促使研究人员开发新的生物材料,特别能够形成三维结构的那些材料.

 

在这项研究中,爱丁堡大学化学系教授Mark Bradley和同事们利用一种被称作溶剂混合(solvent blending)的新技术来筛选上百种候选材料以便寻找到一种坚硬的轻质的能够支持骨干细胞的材料.

 

他们最终寻找到的材料是一种由三种人造的和自然的塑料组成的共混聚合物(polymer blend).这种材料能够被插入到断骨中从而促进骨组织再生.

 

这种共混聚合物就像是由蜂巢状之物制造出的支架而能够允许血液从中流过.血液中的病人骨髓干细胞附着到这种支架上并生长出新的骨组织.在一段时间之后,这种材料发生降解而允许再生的骨组织替换它.

 

研究人员已在实验室和动物体内测试了这种材料.如今,他们正寻求在人临床试验中测试它.

 

在第三项新的研究中,来自美国宾夕法尼亚大学兽医学院的研究人员发现一种被称作Jagged-1的蛋白促进人干细胞分化产生成骨细胞.这种蛋白可能有助于病人和患病的动物更快地从骨折中愈合过来,而且也可能为治疗一种被称作艾欧吉勒综合症(Alagille syndrome)的罕见代谢疾病奠定基础.相关研究结果于2013年2月13日在线发表在Stem Cells期刊上,论文标题为"Pkcδ Is Required for Jagged-1 Induction of hMSC Osteogenic Differentiation".

 

尽管人骨组织似乎是静态的和持久存在的,但是骨组织实际上在我们的一生中形成和再次形成.被称作成骨细胞(osteoblast)的细胞产生骨组织,是由存储在骨髓中的间充质干细胞分化而来的.这些干细胞必须接受身体的特异性信号才能变成成骨细胞.

 

之前的研究鉴定出骨形态发生蛋白(bone morphogenic protein, BMP)是一种促进干细胞变成成骨细胞的分子.因此,BMP在临床上被用来帮助病人从骨折中愈合过来或者开展脊柱融合术而不需依赖于病人自己的骨组织.

 

但是清楚的是,BMP在安全性和疗效上存在一些问题.因此,在这项研究中,研究人员对Notch信号途径感兴趣以便找到一种让间充质干细胞变成成骨细胞的新方法.

 

这种分子信号途径在大多数动物物种中都能找到,并且已知在干细胞分化中发挥着作用.研究人员选择在这种途径中通过结合Notch受体Jagged-1来发挥作用的一种被称作Pkcδ的蛋白开展研究.他们之前证实在骨折愈合期间,Jagged-1在成骨细胞中高度表达,而且将Jagged-1导入小鼠干细胞中阻断干细胞变成成骨细胞.talen

 

接下来,研究人员决定观察当Jagged-1被导入人干细胞中时会发生什么.他们发现只需将这些干细胞放置在Jagged-1配体上似乎就足以促进成骨细胞产生.

 

这一发现与将Jagged-1 与骨组织形成相关联在一起的其他证据相吻合.患有艾欧吉勒综合症的病人经常在编码Jagged-1的基因上产生突变.这类病人在代谢上存在问题,从而严重地影响他们的生命,而且也往往给它们的骨骼系统带来挑战从而使得骨组织容易折断.

 

再者,通过从大量人群中寻找可能与这种疾病特定特征相关联的突变的全基因组关联研究,研究人员发现在Jagged-1基因附件发生的突变与低骨量之间存在关联.

 

研究人员正计划进一步开展研究以便研究如何操纵 Jagged-1蛋白,从而可能有朝一日有助于治疗病人.


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