【前言】

肌腱病在從事過度或重複性肌肉骨骼活動的運動員和個人中非常普遍，世界範圍內每年進行的涉及肌腱的手術超過3000萬例，儘管長期療效不盡相同，但肌腱病慢性管理的累積成本給個人和社會造成了顯著的經濟負擔。肌腱病的特徵為疼痛和功能受損，在顯微鏡下表現為肌腱基質崩解及肌腱微觀結構、組成以及細胞數量異常。

當前肌腱病的主要治療手段為局部治療或口服抗炎藥物，嚴重的肌腱損傷通常通過手術進行修復，但這些治療方式對肌腱病變的病理進展影響有限，並且很難有效地重塑損傷組織。眾多研究人員認為肌腱病疼痛是肌腱組織新生血管形成的結果，且最近的研究表明，血管生成異常會對肌腱損傷產生負面影響，血管生成相關因子如血管內皮生長因子(VEGF)的高表達水平可能對肌腱癒合有害。因此，針對病理性新生血管可被認為是一種富有潛力的改善肌腱病的治療方法。

近日，由浙江大學醫學院第一附屬醫院王斌教授團隊在Bioactive materials（《生物活性材料》）【IF：20.3】發表了題為「Tissue-engineered mesenchymal stem cell constructs alleviate tendinopathy by suppressing vascularization」（組織工程化間充質幹細胞通過抑制血管化緩解肌腱病）的文章。

圖1. 細胞貼附在3D TableTrix® 微載體上進行三維培養

研究發現：通過結合間充質幹細胞（Mesenchymal stem cells, MSC）和3D TableTrix® 微載體構建的組織工程化幹細胞，可以通過旁分泌功能限制肌腱病變中的過度血管化。可以改善傳統的幹細胞療法和組織工程支架治療肌腱病療效有限的問題，增強對肌腱病的治療效果，並通過轉錄組測序探索了組織工程化幹細胞應用於肌腱病的潛在修復機制。

原文連結：

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

【研究背景】

近年來，間充質幹細胞(mesenchymal stem cells, MSCs)已在少量研究中用於治療肌腱疾病，研究者認為其抗炎和鎮痛功能可以針對組織內的病理生理改變，並為組織再生創造一個合適的微環境，但幹細胞治療本身缺乏調節肌腱組織分化的能力，在較強機械壓力、剪切力和營養有限的體內微環境下較難維持移植細胞的活力。組織工程支架雖擁有可調的力學性能，但傳統支架需要植入，更適合於肌腱斷裂等缺陷損傷，在更需要生化調節的肌腱病變中用處不大。

圖2. 微載體全家福

此時，微載體可作為一種替代性細胞培養和遞送載體，具備調控負載幹細胞增殖、分化以及調節其旁分泌活性的功能，同時仍然能夠對培養細胞進行機械刺激，並依靠其球形且分散的佈局，使得細胞、分泌基質和支架之間形成緊密連接，從而形成可能有效限制血管生成的組織工程化幹細胞（tissue engineered stem cells, TSCs)，此研究為微載體支架在肌腱病的首次應用。

【研究設計】

圖3. 整體研究設計示意圖

本研究採用人臍帶間充質幹細胞（hUC-MSCs）與3D TableTrix® 微載體結合構建組織工程化幹細胞（TSCs），旨在抑制肌腱病的過度血管化。韦德国际首先通過掃描電鏡表徵微載體的三維多孔結構，並利用活死染色評估細胞在微載體上的存活與增殖。隨後，進行了體外與體內實驗，比較了2D與3D培養對MSCs衰老、增殖及肌腱分化基因的影響。體內實驗採用大鼠跟腱膠原酶建立肌腱病模型，通過行為學評估及組織學分析對比了了不同治療方案對大鼠肌腱病的影響；並通過mRNA測序篩選差異基因通路。通過設置未處理肌腱病組（TEN）和健康對照組（NC），明確TSCs的治療機制。

【研究內容】

MSC結合明膠微載體構建組織工程化幹細胞

圖4. 組織工程化MSC的特徵

研究結果表明，3D TableTrix® 微載體的圓形多孔結構可為MSC提供高表面積附着位點，同時促進了營養物質的擴散和細胞間的相互作用。通過將MSC與微載體結合構建組織工程化幹細胞，組織工程化幹細胞相比傳統模式下培養的幹細胞，在保持着較高的細胞活性的同時，細胞衰老指標表達下降，並擁有更強的增殖活力和成肌腱分化潛力（圖4A-H），為組織工程化幹細胞移植入宿主體內發揮修復作用奠定了良好的基礎。

組織工程化幹細胞對大鼠肌腱病模型的治療

圖5. TSCs改善肌腱病修復與再生

在本文的體內模型研究中，通過跟腱間歇注射I型膠原酶2周建立大鼠肌腱病模型（圖3）。結合行為學評估及組織學分析（圖5A-D），經對比不同治療方法，韦德国际發現組織工程化幹細胞能夠有效地促進大鼠肌腱再生與修復，並改善大鼠的感覺和運動功能（行為學評估的圖片請參看原文）。

組織工程化幹細胞促進肌腱病修復的機制探究

圖6. 大鼠肌腱組織的轉錄組結果

最後，本研究收集了肌腱損傷組和TSCs治療組大鼠的肌腱組織進行轉錄組測序分析，結果顯示：相比於肌腱損傷組大鼠，經過TSCs後，肌腱組織中有271個基因上調，388個基因表達下降。結合GO功能富集分析以及KEGG富集分析顯示差異表達顯著的基因大多與成肌細胞分化、血管形成和細胞外基質相關的基因調節肌腱修復相關，而上調的多數基因則與AMPK、PPAR和脂肪因子信號通路具有一定的相關性（更多分析細節請閱讀原文），相關結果為闡明TSCs治療作用提供了一定的參考意見。

【研究結論】

本研究利用3D TableTrix® 微載體與MSCs相結合構建了組織工程化幹細胞，有效地維持了幹細胞的活性以及改善了細胞的生物學功能，同時通過體內動物模型的製備驗證了其對肌腱病的再生修復作用，為肌腱病的臨床治療提供了一定的參考意見。

此外，通過轉錄組學分析揭示了上述治療方式的潛在作用機制，為後續的相關研究奠定了紮實的理論基礎。故3D TableTrix® 微載體及其衍生技術的應用有望加速組織工程技術在肌腱病治療領域的轉化及推廣。

【研究應用材料及設備】

【作者介紹】

通訊作者：浙江大學醫學院附屬第一醫院王斌教授

共同一作：王斌教授課題組李帝均、酒精衛、劉海峰

【關於韦德国际】

北京韦德国际生物科技有限公司成立於2018年，由清華大學生物工程學院杜亞楠教授科研團隊領銜創建，清華大學參股共建。核心技術源於清華大學科技成果轉化，並憑藉此項技術榮登中國科協「科創中國」先導技術榜。作為國家級高新技術企業、國家級專精特新「小巨人」企業、潛在獨角獸企業，更獲得國家科技部多項重點研發專項支持。

作為高質量三維細胞製造專家，韦德国际生物提供基於3D微載體的一站式定製化細胞規模化擴增整體解決方案，打造了原創3D細胞智造平台，實現規模化、自動化、智能化、密閉式的細胞藥物及其衍生品生產製備，以此幫助全球客戶建立最為先進的細胞藥物生產線。在開創【百億量級】幹細胞製備工藝管線後，加速向【千億量級】進發，致力於以3D細胞規模化智造技術賦能細胞與基因治療產業，惠及更多患者。 

① 更仿生：由數萬顆彈性三維多孔微載體組成，孔隙率>90%，粒徑大小可控於50-500μm區間， 均一度≤100μm，形成真正的3D仿生培養。 ② 資質全：該產品已獲得2項CDE藥用輔料資質，登記號為【F20200000496；F20210000003】，3項FDA原料藥及藥用輔料資質，登記號為【DMF：037798、035481；MF：29721】 ③ 易收穫：特異性降解技術裂解微載體，收穫相較於傳統方式更高效更溫和。 ④ 更安全：擁有權威機構出具的裂解殘留檢測、細胞毒性、熱原反應、遺傳毒性、體內免疫毒理學相關質量評價報告以及溶血性、皮下注射局部刺激性、主動全身過敏性、腹腔注射給藥毒性等安全性評價報告。 ⑤ 易放大：通過3D培養方式，結合韦德国际生物3D細胞智造平台全線產品可以實現全自動封閉式大規模細胞培養，實現千億量級細胞收穫。 ⑥ 更優質：通過3D多孔可降解微載體+ 動態培養技術，進行三維培養，優勢顯著——培養細胞體積更小、遷徙能力更強，同時具備更卓越的免疫調節和組織修復潛能。