科學家在肌腱組織再生領域取得顯著進展，“跟腱斷裂”有望快速修復_風聞

肌腱是人體重要的纖維結締組織，在肌肉和骨骼之間傳遞力量以控制身體活動。然而，在劇烈運動中，突然施加的機械力可能會損傷肌腱。如：跟腱斷裂。跟腱是人體最粗最大的肌腱之一，對行走、站立和維持平衡具有重要的意義。“跟腱斷裂”這種聽着都疼的狀況通常在專業運動員，或愛跑步、愛打球的人中比較常見。“飛人”劉翔就曾兩次在奧運會期間因跟腱斷裂，不得不抱憾退賽。

損傷後肌腱導致特定結構被破壞，結締組織從線狀變為扭結狀，還可能會產生過多的疤痕，從而改變肌腱的機械性能和承受負荷的能力。

在自然癒合的過程中，肌腱和其他細胞被招募來重建原始結締組織纖維基質。然而到目前為止，肌腱組織修復仍是一個臨牀和科學挑戰。像跟腱斷裂後的恢復過程，短則一兩個月，長則一年，並且恢復後的肌腱通常難以完全恢復功能，還可能會導致虛弱和慢性疼痛等引發生活質量下降的健康狀況。

幾十年來，科學家們開發了多種策略試圖更有效地治療肌腱損傷，包括人工移植。但異體移植往往會導致免疫排斥等併發症；而自體移植則有移植體壞死的風險。因此，機械力、生物相容性和生物降解問題一直在阻礙這些努力。

2022年4月29日，發表在工程技術領域頂刊《Small》（IF=13.281）上的一項新研究中，來自美國加州大學洛杉磯分校的研究團隊發表了題為“Co-Electrospun Silk Fibroin and Gelatin Methacryloyl Sheet Seeded with Mesenchymal Stem Cells for Tendon Regeneration”的研究論文，在肌腱再生方面取得了顯著進展。

間充質幹細胞（MSC）是一種在組織再生中發揮關鍵作用的特化細胞。在傷口部位，它們可以分化成各種細胞類型併產生調節免疫反應、細胞遷移和新血管形成的信號分子。此前，科學家們曾嘗試將MSC用於組織再生。

然而，MSC的全身輸注、直接注射或基因修飾的治療方法都存在障礙，如：輸注缺乏對損傷部位的靶向特異性，直接注射又對細胞數量要求過高，基因修飾則效率低，產生的細胞難以分離。

在這項新研究中，研究人員開發了一種新方法——構建生物材料支架，通過支架引入間充質幹細胞和生長因子，以生成新的肌腱組織。

首先，他們研究了絲素蛋白（SF），這是一種由家蠶生產的蠶絲蛋白。除了用於美麗的絲綢織物外，絲素蛋白還用於光學和電子設備，以及多種生物醫學應用，從縫合材料到生物工程韌帶、骨骼甚至是角膜組織。由於其優越的強度、耐久性、生物相容性和降解性，絲素蛋白非常適合用於肌腱支架。

為了提高支架的組織再生能力，研究人員又將絲素蛋白與甲基丙烯酰化明膠（GelMA）相結合。GelMA是一種光敏性生物材料，具有生物相容性、可降解性、硬度以及促進細胞附着和生長的能力。

研究人員表示，GelMA支持再生組織形成的能力，絲素蛋白具有結構優勢，這兩種材料的協同效應會特別適合肌腱修復。

隨後，他們還製備了具有不同比例的絲素蛋白和GelMA的混合物（SG），並將它們製成納米纖維薄片。然後，對其結構和彈性進行測試，從而確定了具有最佳機械性能的配方比（SF和GelMA的重量比為 7:1）。研究人員觀察到，絲素蛋白使支架材料的孔隙度增加，這更有助於肌腱修復。

示意圖

優化後的SG納米纖維被植入間充質幹細胞（MSC），研究人員測量了MSC的相容性和分化、生長因子產生，以及引發基質形成的遺傳活性。

他們發現，與未使用GelMA的絲素蛋白納米纖維相比，絲素蛋白與GelMA複合物（SG）上的MSC細胞活力和增殖能力均有所提高。遺傳分析顯示，SG中的MSC相關基因活性顯著增加，而絲素蛋白納米纖維上的相關基因活性較低。

染色測試顯示，SG上MSC的附着率超過了80%，並且附着的細胞具有細長形狀的特徵；而絲素蛋白納米纖維上觀察到的球狀細胞的附着率為60%。

進一步測試表明，SG上的MSC產生的生長因子能很好地修復在培養皿中培養的受傷肌腱組織。

最後，研究人員使用大鼠跟腱損傷模型研究了SG的治療效果。他們發現，所有帶有間充質幹細胞的納米纖維在植入後都能很好地粘附在肌腱組織上，與通常需要固定過程的傳統支架相比，SG納米纖維在臨牀應用上更加實用，它促進了最快速的癒合，使損傷部位減少，並形成了排列整齊、緻密的肌腱纖維和重塑的肌肉成分。

研究通訊作者、加州大學洛杉磯分校生物工程和微創治療中心的Ali Khademhosseini博士説：“肌腱修復的組織重塑尤其難以實現，我們的工作大大推進了這一進展”。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/smll.202107714