重建复杂关节组织的新方法，磁场、水凝胶和干细胞

影响肌肉、肌腱、韧带、骨骼和关节的肌肉骨骼疾病会严重影响每个人的健康，在老年人中尤其普遍。尽管许多研究人员正在研究这些疾病及其在世界不同地区的发病率，但迄今为止，还没有一项研究提供了所有肌肉骨骼疾病负担的概述。

为此，研究人员在美国风湿病学会的官方期刊《关节炎与风湿病》上发布了他们的调查研究结果。

为了进行分析，研究人员审查了《2017年全球疾病负担研究》的数据，该研究评估了1990年至2017年21个地区和195个国家和地区的疾病和严重程度。肌肉骨骼疾病包括类风湿性关节炎、骨关节炎、腰痛、颈痛、痛风和相关疾病。

研究小组发现，2017年约有13亿例流行病例，其中12.13万例死于肌肉骨骼疾病。关节疾病的负担一般随着年龄的增长而增加，在女性中更为普遍，在发达国家更为严重。

宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的一组研究人员利用磁场和水凝胶，展示了一种重建复杂关节组织的新方法，这种方法主要可以对软骨退化等常见损伤产生更持久的修复效果。这项研究曾发表在《先进材料》杂志上。

在人类身体中，像软骨这样的组织经常会分解，导致关节不稳定或疼痛。通常情况下，故障不是全部，而是覆盖一个区域，形成一个个凹凸。目前的解决办法是用合成材料或生物材料填补这些洞，这些材料可以起作用，但往往会磨损，因为它们与以前的材料不完全相同且不可持续的修复。

这类似于用砾石填充道路上的坑洞，然后做一块柏油修补：这个坑会被磨平，但最终会随着使用而磨损，因为它不是与软骨同一种材料，也粘合得并不是很彻底。

因此，研究人员，包括资深作家罗伯特·莫克博士、麦凯实验室主任、骨科外科和生物工程教授，他们试图找到一种修复坑洞的方法，即修复坑洞，而不是填充坑洞。考虑到这一点，研究小组发现，如果他们在三维水凝胶溶液中添加磁性液体，细胞和其他非磁性物体（包括药物递送微胶囊）可以通过使用外部磁场排列成模仿自然组织的特定图案。

在与磁场短暂接触后，水凝胶溶液（以及其中的物体）暴露在紫外线下，这一过程称为“光交联”，以锁定一切，随后磁性溶液扩散出去。在此之后，工程组织保持了必要的细胞梯度。

利用这种磁模式技术，研究小组能够重建关节软骨，即覆盖骨骼末端的组织。

干细胞被认为是一种比“磁场和水凝胶”修复软骨同样优秀的替代品。如最早被发现于20世纪60年代骨骼干细胞，当时骨髓移植被发现形成由多种类型的骨骼组织组成的异位骨。这些干细胞能够在体内产生软骨、骨和脂肪细胞。

骨骼干细胞产生其他细胞的方式称为他们的骨骼血统。软骨、骨、基质和骨髓脂肪细胞是由骨骼干细胞系产生的所有类型的细胞，在人类发育的不同时期发育。首先是软骨，其次是骨、基质，最后是脂肪细胞。

骨发育，也被称为成骨，最常见的发生在软骨内骨化。在这里，原始的软骨被骨骼干细胞从内部替换成骨头和骨髓。

基于对骨骼干细胞的研究，2017年7月，《美国运动医学杂志》（《The American Journal of Sports Medicine》)刊发了一篇题为《关节内注射间充质干细胞治疗膝关节骨性关节炎：一项为期两年的随访研究》。结果表明：在2年时间内，关节腔注射自体脂肪间充质干细胞治疗膝关节炎安全、有效。

2020年5月报道，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所于寅团队曾研究用猪半月板脱细胞化得到一种组织特异性细胞外基质（ECM），并将其制备成可注射的水凝胶用于负载骨髓间充质干细胞（BMSCs）形成一种活体生物材料。

研究发现该ECM可以促进骨髓间充质干细胞成软骨分化；将该ECM负载骨髓间充质干细胞注射到半月板损伤处，可以修复半月板损伤和抑制关节退变。该项研究探讨了其生物相容性和软骨诱导性能，并深入评价了其对半月板损伤的修复和关节的保护作用，对半月板修复具有重要临床意义。

应用关节炎的研究还有着非常多的路需要走，在传统治疗遇到瓶颈和潜力不足的时候，干细胞推动着细胞工程、基因工程等技术发生着颠覆性的医学革命，为人类的健康和生活带来了新的希望。