关节炎|让膝盖重生健康软骨！治疗关节炎新曙光，动物实验取得成功关节炎

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任何年龄的人都有可能罹患关节炎（arthritis）。作为一种常见疾病，它通常由关节及周边组织发炎引起，导致关节疼痛或僵硬，甚至让人失去活动能力。关节的软骨垫往往可以起到缓冲的作用，但随着人们年龄的增长或受到损伤，软骨会逐渐磨损并退化，衔接的骨头因而随动作直接撞击，使走路等日常活动变得异常痛苦。

好消息来了！近日，美国康涅狄格大学（UConn）的研究团队成功使兔子的膝盖重新长出了软骨！这项飞跃为治愈人类关节炎带来了希望。

▲相关论文发表在《科学》旗下子刊Science Translational Medicine
治疗关节炎，目前最佳方法是用取自患者身体其他部位或来自捐赠者的健康软骨，来替换受损软骨。但健康软骨供应有限，而且自体移植有可能会使取软骨处受损，异体移植又可能产生免疫排斥风险。因此，科学家们把目光转向了另一种更安全有效的途径：有没有可能让关节自己重新长出健康软骨呢？一些研究人员尝试放大化学生长因子的信号诱导软骨生长，还有一些科学家尝试用生物工程支架为组织生长提供模板。但这两种方法及其联合方案都收效甚微。该论文通讯作者Thanh D. Nguyen教授解释道：“再生长的软骨无法具有原生软骨的特性和功能，会在关节的正常应力（注：物体由于外因而变形时，物体内部产生相互作用的内力）下断裂。 ”

图片来源：123RF在研究软骨再生的过程中，科研人员发现电信号是正常生长的关键。他们设计了一种由聚左旋乳酸（poly-L lactic acid ， PLLA）纳米纤维制成的组织支架， PLLA是一种可生物降解的聚合物，常用于缝合手术伤口。这种纳米材料具有一种“压电特性（piezo-electricity）” ，即当受到挤压时，它就会产生微量电流。而关节有规律的日常运动，如走路，会导致PLLA支架产生一个微弱但稳定的电场，促使细胞定植并生长成软骨。具体而言，当PLLA支架产生可控压电电荷时，会促进细胞外蛋白吸附，鼓励细胞迁移或募集，并通过钙信号通路诱导内源性TGF-β ，改善体内外软骨形成和软骨再生。这种方法不需要使用外部生长因子或干细胞，从而避免了潜在毒性或不良事件风险，并且促生出的软骨具有机械稳健性。该论文第一作者Yang Liu博士说道：“压电是人体内也存在的一种现象。骨、软骨、胶原、DNA和各种蛋白质都有压电反应。因此，这种方法在临床上具有高度转化性。 ”接着，研究团队在一只受伤兔子的膝盖上植入了这款支架，并在恢复期后让兔子在跑步机上跳跃运动，刺激支架产生压电电荷，促进软骨生长。

【关节炎|让膝盖重生健康软骨！治疗关节炎新曙光，动物实验取得成功】▲实验中，膝盖植入支架的兔子在跑步机上进行恢复运动（图片来源：参考资料[2
）正如研究人员的预测，在术后2-3个月（运动1-2个月后），兔子的透明软骨成功再生并完全愈合，软骨细胞和Ⅱ型胶原（占关节软骨中85%-90％的胶原蛋白）丰富，恢复了膝盖的正常功能。而植入非压电支架的对照组兔子则愈合有限。尽管实验结果令人振奋，但Nguyen教授对此仍表示谨慎，认为还需要在体型和重量更接近人类的动物身上测试其效果，同时优化可生物降解支架的微观结构与组成。研究团队希望观察接受治疗的动物一至两年，以确保再生软骨的耐久性。此外，鉴于老年人的关节炎发病率较高，且年轻动物比年老动物更容易修复损伤，他们计划将年老动物作为进一步研究对象。如果压电支架也能帮助年老动物愈合，那它有望真正成为生物工程领域的突破。未来，科学家们还期待能在人体上研究相关的愈合机制。