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近日，柏林慈善健康研究所(BIH)與薩爾茨堡帕拉塞爾蘇斯私立醫科大學(PMU)的研究人員就共同證明：骨髓間充質干細胞（BMSCs）可以再生大型骨骼損傷并形成新的礦化組織，是治療難以愈合的骨折和大尺寸骨缺損的新方法。

從骨缺損到完全愈合只用4周 | 骨髓間充質干細胞可修復骨損傷，或能取代骨移植手術

骨骼有自愈的功能。骨折發生以后，在創傷的一剎那間，機體的成骨細胞被激活，產生新的骨痂，將骨折斷端愈合，連接在一起。但如果碰上由嚴重創傷、感染、腫瘤手術等引起的大型骨缺損，這種自愈能力就顯得“杯水車薪”。

為了填補骨缺損，患者通常需要進行骨移植手術。據統計，全球每年都要進行約200萬例骨移植，僅次于血液。然而，龐大的需求背后，這種從其他部位“挪用”骨骼的療法卻并不完美，存在著移植物可用性低，再生能力較低，存在同種異體免疫排斥，供體部位有概率發病等問題。因此，醫學上迫切需要治療難以愈合的骨折和大尺寸骨缺損的新方法。

間充質干細胞（MSCs）因其出色的再生修復能力而被視作一種可行的選擇。MSCs廣泛地分布于人體的骨髓、脂肪、牙髓之中，具有在一定條件下分化為成骨細胞、脂肪細胞或軟骨細胞的潛能。這種獨特的多向分化潛能讓MSCs逐漸成為再生醫學界的“寵兒”。

在此次研究中，為了確定合適的細胞來源及效用，研究者橫向對比了骨髓、脂肪、臍帶等組織來源的MSCs形成功能性軟骨的能力。盡管所有類型的MSCs都可以表達與軟骨內骨化相關的轉錄因子，但只有骨髓來源的MSCs在體外形成軟骨盤。

▲通過三維軟骨形成軟骨類器官樣椎間盤

他們利用處于臨界值的股骨缺損小鼠模擬了不愈合骨折的臨床情況，并將骨髓來源的MSCs分化所得的功能性肥厚軟骨盤直接移植到骨折間隙中以橋接骨損傷。小鼠從缺損到骨折完全愈合，整個治療過程只用了4周。

組織學分析證實，所有接受骨髓來源的MSCs治療的動物骨髓腔都得到了持續的皮質骨橋接。Movats五色顯示礦化的皮質骨，橋接了先前的骨折間隙，并礦化了剩余的BMSC移植物殘余物。換句話說，來源于骨髓的MSCs具有形成功能性軟骨的能力，并積極地控制愈合過程和組織礦化。

▲MSC來源軟骨類器官移植后28天，小鼠臨界大小股骨骨折狀態

此項研究還描述了一種新的表觀遺傳景觀，它是控制軟骨分化轉錄網絡的潛在分子機制，支持著間充質干細胞的再生潛能，并調節著骨骼愈合。這涉及到細胞DNA中所謂的增強子（基因表達的放大器）的復雜網絡，研究者將其稱為“增強子景觀”。

“我們的研究為選擇合適的細胞來治療難以愈合的骨折做出了重要的貢獻。而關于組織特異性增強子特征的信息也可能有助于改進其他基于細胞的療法，“該研究資深作者Dirk Strunk教授說道。

▲體外工程化MSC來源軟骨椎間盤治療小鼠臨界大小股骨骨折的成像質譜分析

目前由Sven Geissler和Dirk Strunk領導的研究人員正在做進一步開發，期望將這種新方法轉化為骨科和創傷手術中大骨缺損的治療選擇。

從這項研究中，我們可以看到干細胞療法在骨科疾病中展現了不俗的應用前景。但憑借著多向分化潛能，干細胞有可能衍生為肝細胞、胰島β細胞、心肌細胞等細胞類型，讓肝臟、心臟等過往難以再生的器官，都有了修復的希望。而大膽的科學家還希望更進一步——通過充分發掘干細胞的分化潛能，以制造完整的人類器官。

伴隨著各類“迷你器官”面世，我們似乎能清晰地看到：再生醫學正在為人類描繪一個值得期望的未來，它不可思議，卻又充滿著無限希望。

參考資料：

Hochmann S, Ou K, Poupardin R, Mittermeir M, Textor M, Ali S, Wolf M, Ellinghaus A, Jacobi D, Elmiger JAJ, Donsante S, Riminucci M, Sch?fer R, Kornak U, Klein O, Schallmoser K, Schmidt-Bleek K, Duda GN, Polansky JK, Geissler S, Strunk D. The enhancer landscape predetermines the skeletal regeneration capacity of stromal cells. Sci Transl Med. 2023 Mar 22;15(688):eabm7477. doi: 10.1126/scitranslmed.abm7477. Epub 2023 Mar 22. PMID: 36947595.

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