【前言】

肌腱病在从事过度或重复性肌肉骨骼活动的运动员和个人中非常普遍，世界范围内每年进行的涉及肌腱的手术超过3000万例，尽管长期疗效不尽相同，但肌腱病慢性管理的累积成本给个人和社会造成了显著的经济负担。肌腱病的特征为疼痛和功能受损，在显微镜下表现为肌腱基质崩解及肌腱微观结构、组成以及细胞数量异常。

当前肌腱病的主要治疗手段为局部治疗或口服抗炎药物，严重的肌腱损伤通常通过手术进行修复，但这些治疗方式对肌腱病变的病理进展影响有限，并且很难有效地重塑损伤组织。众多研究人员认为肌腱病疼痛是肌腱组织新生血管形成的结果，且最近的研究表明，血管生成异常会对肌腱损伤产生负面影响，血管生成相关因子如血管内皮生长因子(VEGF)的高表达水平可能对肌腱愈合有害。因此，针对病理性新生血管可被认为是一种富有潜力的改善肌腱病的治疗方法。

近日，由浙江大学医学院第一附属医院王斌教授团队在Bioactive materials（《生物活性材料》）【IF：20.3】发表了题为“Tissue-engineered mesenchymal stem cell constructs alleviate tendinopathy by suppressing vascularization”（组织工程化间充质干细胞通过抑制血管化缓解肌腱病）的文章。

图1. 细胞贴附在3D TableTrix® 微载体上进行三维培养

研究发现：通过结合间充质干细胞（Mesenchymal stem cells, MSC）和3D TableTrix® 微载体构建的组织工程化干细胞，可以通过旁分泌功能限制肌腱病变中的过度血管化。可以改善传统的干细胞疗法和组织工程支架治疗肌腱病疗效有限的问题，增强对肌腱病的治疗效果，并通过转录组测序探索了组织工程化干细胞应用于肌腱病的潜在修复机制。

原文链接：

http://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.06.029

【研究背景】

近年来，间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)已在少量研究中用于治疗肌腱疾病，研究者认为其抗炎和镇痛功能可以针对组织内的病理生理改变，并为组织再生创造一个合适的微环境，但干细胞治疗本身缺乏调节肌腱组织分化的能力，在较强机械压力、剪切力和营养有限的体内微环境下较难维持移植细胞的活力。组织工程支架虽拥有可调的力学性能，但传统支架需要植入，更适合于肌腱断裂等缺陷损伤，在更需要生化调节的肌腱病变中用处不大。

图2. 微载体全家福

此时，微载体可作为一种替代性细胞培养和递送载体，具备调控负载干细胞增殖、分化以及调节其旁分泌活性的功能，同时仍然能够对培养细胞进行机械刺激，并依靠其球形且分散的布局，使得细胞、分泌基质和支架之间形成紧密连接，从而形成可能有效限制血管生成的组织工程化干细胞（tissue engineered stem cells, TSCs)，此研究为微载体支架在肌腱病的首次应用。

【研究设计】

图3. 整体研究设计示意图

本研究采用人脐带间充质干细胞（hUC-MSCs）与3D TableTrix® 微载体结合构建组织工程化干细胞（TSCs），旨在抑制肌腱病的过度血管化。K8凯发国际首先通过扫描电镜表征微载体的三维多孔结构，并利用活死染色评估细胞在微载体上的存活与增殖。随后，进行了体外与体内实验，比较了2D与3D培养对MSCs衰老、增殖及肌腱分化基因的影响。体内实验采用大鼠跟腱胶原酶建立肌腱病模型，通过行为学评估及组织学分析对比了了不同治疗方案对大鼠肌腱病的影响；并通过mRNA测序筛选差异基因通路。通过设置未处理肌腱病组（TEN）和健康对照组（NC），明确TSCs的治疗机制。

【研究内容】

MSC结合明胶微载体构建组织工程化干细胞

图4. 组织工程化MSC的特征

研究结果表明，3D TableTrix® 微载体的圆形多孔结构可为MSC提供高表面积附着位点，同时促进了营养物质的扩散和细胞间的相互作用。通过将MSC与微载体结合构建组织工程化干细胞，组织工程化干细胞相比传统模式下培养的干细胞，在保持着较高的细胞活性的同时，细胞衰老指标表达下降，并拥有更强的增殖活力和成肌腱分化潜力（图4A-H），为组织工程化干细胞移植入宿主体内发挥修复作用奠定了良好的基础。

组织工程化干细胞对大鼠肌腱病模型的治疗

图5. TSCs改善肌腱病修复与再生

在本文的体内模型研究中，通过跟腱间歇注射I型胶原酶2周建立大鼠肌腱病模型（图3）。结合行为学评估及组织学分析（图5A-D），经对比不同治疗方法，K8凯发国际发现组织工程化干细胞能够有效地促进大鼠肌腱再生与修复，并改善大鼠的感觉和运动功能（行为学评估的图片请参看原文）。

组织工程化干细胞促进肌腱病修复的机制探究

图6. 大鼠肌腱组织的转录组结果

最后，本研究收集了肌腱损伤组和TSCs治疗组大鼠的肌腱组织进行转录组测序分析，结果显示：相比于肌腱损伤组大鼠，经过TSCs后，肌腱组织中有271个基因上调，388个基因表达下降。结合GO功能富集分析以及KEGG富集分析显示差异表达显著的基因大多与成肌细胞分化、血管形成和细胞外基质相关的基因调节肌腱修复相关，而上调的多数基因则与AMPK、PPAR和脂肪因子信号通路具有一定的相关性（更多分析细节请阅读原文），相关结果为阐明TSCs治疗作用提供了一定的参考意见。

【研究结论】

本研究利用3D TableTrix® 微载体与MSCs相结合构建了组织工程化干细胞，有效地维持了干细胞的活性以及改善了细胞的生物学功能，同时通过体内动物模型的制备验证了其对肌腱病的再生修复作用，为肌腱病的临床治疗提供了一定的参考意见。

此外，通过转录组学分析揭示了上述治疗方式的潜在作用机制，为后续的相关研究奠定了扎实的理论基础。故3D TableTrix® 微载体及其衍生技术的应用有望加速组织工程技术在肌腱病治疗领域的转化及推广。

【研究应用材料及设备】

【作者介绍】

通讯作者：浙江大学医学院附属第一医院王斌教授

共同一作：王斌教授课题组李帝均、酒精卫、刘海峰

【关于K8凯发国际】

北京K8凯发国际生物科技有限公司成立于2018年，由清华大学生物工程学院杜亚楠教授科研团队领衔创建，清华大学参股共建。核心技术源于清华大学科技成果转化，并凭借此项技术荣登中国科协“科创中国”先导技术榜。作为国家级高新技术企业、国家级专精特新“小巨人”企业、潜在独角兽企业，更获得国家科技部多项重点研发专项支持。

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