用丝蛋白修复肌腱

只要提到跟腱断裂，任何人都会皱眉。肌腱损伤以其漫长、困难和不完整的愈合过程而闻名。例如，运动员和工厂工人经历的突然或重复的运动，会增加肌腱撕裂或破裂的风险;30%的人会有肌腱损伤，其中女性的风险最高。更重要的是，那些遭受这些损伤的人更容易在现场进一步受伤或永远无法完全康复。

肌腱是连接肌肉和骨骼的纤维结缔组织带。它们是连接硬骨的软组织;这将创建一个具有非常特定结构的复杂接口。损伤后，这种结构被破坏，结缔组织从线状转变为卷曲状。多余的疤痕也会发生，改变肌腱的力学性能和承受载荷的能力。

在身体的自然愈合过程中，肌腱和其他细胞被招募来重建肌腱的对齐结缔组织纤维的原始基质。但是这种重建需要几周到几个月的时间，而且生成的肌腱通常是不完美的。这会导致虚弱、慢性疼痛和生活质量下降。

肌腱损伤可能的治疗方法包括从患者或供者那里移植肌腱组织，但这些会带来感染、移植排斥或坏死等风险。人工移植已经尝试过，但机械、生物相容性和生物降解问题阻碍了这些努力。

另一种方法是利用间充质干细胞(MSCs)，一种在组织再生中起关键作用的特化细胞。在伤口部位，它们可以分化成各种类型的细胞，并产生信号分子，调节免疫反应、细胞迁移和新血管的形成;这使得组织再生成为可能。

然而，系统输注、直接注射或基因修饰的治疗方法都存在自身的困难:输注缺乏对损伤部位的靶向特异性，直接注射对细胞数量的要求过高，基因修饰效率低，产生的细胞难以分离。

另一种方法是构建生物材料框架或支架，在其上引入间充质干细胞和生长因子，以生成新的肌腱组织。来自Terasaki生物医学创新研究所(TIBI)的一个合作团队利用这种方法开发了一种方法，该方法在MSC肌腱再生方面取得了显著改善。

研究小组首先研究了蚕丝蛋白，一种由家蚕产生的蚕丝蛋白。除了用于美丽的丝绸织物，丝素蛋白还用于光学和电子设备，以及一些生物医学应用，从缝合材料到生物工程韧带、骨骼甚至角膜组织。由于其优越的强度、耐久性、生物相容性和生物降解性，丝素蛋白是肌腱支架的理想材料。

为了提高支架的组织再生能力，该团队随后将丝素蛋白与GelMA配对，GelMA是一种基于明胶的保水凝胶，由于GelMA具有生物相容性、可降解性、硬度以及促进细胞附着和生长的能力。

“GelMA支持再生组织形成的能力和丝素蛋白的结构优势的协同作用使我们的复合材料非常适合肌腱修复，”TIBI项目团队负责人、D.V.M博士HanJun Kim说。

他们制备了不同比例的丝素蛋白和GelMA (SG)的混合物，并将它们制成薄的纳米纤维片。然后，他们测试了薄片的纤维结构和弹性，并选择了具有最佳机械性能的最佳配方。他们还观察到丝素使材料的孔隙度增加;这有助于肌腱修复。

将优化后的SG薄片接种于间充质干细胞，并进行各种测试，以测量间充质干细胞的相容性和分化、生长因子的产生以及引发基质形成的遗传活性。

与未使用GelMA (SF)的丝素片相比，SG片上的MSCs的细胞活力和增殖能力均有所提高。遗传分析显示，SG MSCs的相关基因活性显著升高，而SF片的相关基因活性则降低。

染色结果显示，SG薄片上的间质干细胞的粘附率超过80%，细胞粘附表面呈细长状，而SF和GelMA的粘附率为60%，仅在SF和GelMA表面可见球形细胞。

对植入纳米纤维薄片的间充质干细胞分泌的生长因子的进一步测试表明，SG薄片上的间充质干细胞产生的生长因子能够最好地修复培养皿中培养的损伤肌腱组织。

实验也在跟腱受伤的活老鼠身上进行。MSCs种子纳米纤维片植入损伤部位，SG片促进愈合速度最快，减少损伤部位，形成排列整齐、密集排列的肌腱纤维和重塑的肌肉成分。

TIBI董事兼首席执行官Ali Khademhosseini博士说:“组织重塑用于肌腱修复尤其困难。这里所做的工作大大推进了这一成就。”