骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是一种退行性关节疾病，在中老年群体中发病率极高，主要表现为关节疼痛及功能障碍。在中国50岁以上的人群中有8.1%的人为有症状的膝骨关节炎患者，共计3000余万人。

到目前为止，还没有一种方法能够完全治愈骨关节炎。目前，骨关节炎的治疗往往是通过理疗、改变生活习惯、药物治疗或关节置换。非甾体类抗炎药（如布洛芬、阿片类镇痛药物）和免疫抑制剂（如甲氨蝶呤），只能通过抑制炎症和缓解部分症状，促进软骨修复的能力并不强。

 

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基础知识

骨关节炎和MSCs

 

关节软骨受到损伤后，自我愈合能力非常有限。如果损伤得不到及时治疗，很容易引起骨关节炎（OA），将严重危害人体健康。目前，采用外科手术虽然可以使纤维软骨再生，但其机械性能要比透明软骨差。

间充质干细胞（MSCs）的治疗作用，主要归因于其在炎症环境调控下发挥的免疫调节功能，可以用于治疗广泛的退行性和炎性疾病。间充质干细胞（MSCs）治疗是一种有前景的关节软骨再生方法。人脐带来源的间充质干细胞（UC-MSCs），是组织工程化关节软骨的优良种子细胞。

干细胞外泌体

 

外泌体是一种直径为30-150nm的细胞外囊泡，被认为是优良的药物递送载体。同时，具有独特性的介导细胞间通信和相互作用。研究表明，间充质干细胞外泌体（MSC-Exos）具有与间充质干细胞（MSCs）相似的生物学功能，在组织修复和再生中起着重要作用。外泌体可以避免MSCs移植风险，在储存和运输方面也相对容易。MSC-Exos 被认为是MSCs在某些疾病治疗的理想替代品。

脱细胞软骨细胞外基质（ACECM）支架具有垂直排列的仿生结构，可为干细胞的粘附、增殖和分化提供微环境。在软骨再生修复过程中，如果支架结合干细胞外泌体使用，是不是起到更好的修复效果。

 

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外泌体+支架，促进软骨损伤修复

中国医科大学附属第一医院李旭研究团队发现，人脐带间充质干细胞外泌体（MSC-Exos）与脱细胞软骨细胞外基质（ACECM）支架相结合，可促进软骨缺损再生修复，并解释了外泌体促进骨软骨再生的机制。该研究发表于Bioactive Materials 杂志上，题目如下：

研究思路：

 

图  研究示意图

研究者将脐带间充质干细胞外泌体（MSC-Exos）与脱细胞软骨细胞外基质(ACECM)支架结合，设计了一个修复骨软骨缺损的支架。本研究从关节腔微环境的角度，初步阐述了体外促进骨软骨再生的机理。通过miRNA测序和富集途径，进一步确定了MSC-Exos在软骨再生过程中，可能发挥作用的有效成分和信号通路。

图  MSC-Exos对BMSC影响的体外实验

体外实验结果表明，MSC-Exos可促进体内骨髓间充质干细胞（BMSCs）的迁移和增殖以及软骨细胞的增殖，促进巨噬细胞极化。

动物实验

 

支架制备：

制得直径3.5mm、厚度1.5mm的圆形ACECM支架样品，用Co60消毒备用。

动物模型：

在兔股骨髌骨打一个直径3.5mm、深度1.5mm的孔，制备兔软骨缺损模型。在软骨缺损模型中，植入ACECM支架，注射干细胞外泌体，作为实验组。手术3-6个月后，评价干细胞外泌体（MSC-Exos）对软骨损伤的修复效果。

兔膝关节软骨缺损修复模型结果证实，MSC-Exos可以增强ACECM支架的作用并促进软骨再生，明显优于对照组。

图  巨噬细胞的免疫荧光染色实验

图 巨噬细胞极化分析

为了进一步探讨外泌体调节炎症的机制，研究者进行了各种巨噬细胞（标记物分别为CD68、CD86和CD206）免疫荧光染色，研究人员发现，MSC-Exos可以促进巨噬细胞的浸润，并使巨噬细胞向M2表型的极化。

外泌体促进软骨损伤修复的可能机制

大鼠膝关节软骨缺损模型的进一步研究中，MSC-Exos可调节关节腔微环境，主要表现为促进巨噬细胞向M2表型的极化。并抑制炎症反应。这可能是MSC-Exos促进软骨再生的主要因素。miRNA测序证实，MSC-Exos包含许多miRNA，可促进透明软骨再生。本研究通过分析，进一步阐明了MSC-Exos在软骨再生中的作用。

图  外泌体促进软骨损伤复的可能机制

本研究证实，MSC-Exos 可以增强软骨缺损模型中ACECM支架的再生修复效果。这可能归因于外泌体能促进内源性BMSCs和软骨细胞的增殖，同时对关节腔内的炎症反应具有抑制作用，还可促进软骨外基质的合成。

 

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文末小结

本研究证实，脐带来源的MSC-Exos可促进软骨再生。这可能归因于外泌体对关节腔炎症反应的抑制作用，还有外泌体中miRNA对软骨外基质的合成作用。本研究为“无细胞”疗法促进软骨再生提供了重要的理论依据。MSC-Exos和ACECM支架组成的“无细胞”疗法是实现软骨再生修复的有效方法。

参考文献：

Enhancement of acellular cartilage matrix scaffold by Wharton's jelly mesenchymal stem cell-derived exosomes to promote osteochondral regeneration. Bioact Mater. 2021 Feb 13;6(9):2711-2728.

来源：干细胞者说