附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心心胸外科鄭景浩教授、何曉敏主治醫(yī)師團(tuán)隊(duì)近日在生物材料學(xué)國際權(quán)威期刊《Biomaterials》（影響因子10.273）發(fā)表了氣管軟骨組織工程方向的最新研究成果《來源于經(jīng)Kartogening預(yù)處理后間充質(zhì)干細(xì)胞所提煉的miR-381富集的小外囊泡可通過靶分子TAOK1促進(jìn)干細(xì)胞成軟骨分化》。該研究首次利用小分子化合物對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行干預(yù)，并獲取其細(xì)胞外囊泡發(fā)現(xiàn)可顯著誘導(dǎo)干細(xì)胞成軟骨分化，進(jìn)一步通過二代測(cè)序技術(shù)及功能驗(yàn)證揭示了其中的分子機(jī)制，這將對(duì)基于間充質(zhì)干細(xì)胞的軟骨再生具有重大指導(dǎo)意義。
先天性氣管狹窄是一種兒童最常見的結(jié)構(gòu)性阻塞性氣道病變，主要原因是由氣管軟骨發(fā)育異常所致氣管管腔的狹窄，可分為局限性狹窄和彌漫性狹窄（長(zhǎng)段氣管狹窄）。目前，先天性氣管狹窄已越來越被臨床醫(yī)師所發(fā)現(xiàn)和重視。保守治療易引起患兒反復(fù)呼吸道感染，甚至造成呼吸機(jī)依賴，最終導(dǎo)致呼吸衰竭而死亡。而氣管成形術(shù)，特別是“滑片法氣管成形術(shù)”已成為首選外科治療術(shù)式，該術(shù)式目前已挽救了眾多氣管狹窄患兒的生命。但是針對(duì)長(zhǎng)段的氣管狹窄，外科治療效果仍較為有限。近年來，隨著組織工程技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，利用組織工程學(xué)的方法構(gòu)建具有生長(zhǎng)活性的組織工程氣管取得了不少進(jìn)展，這為治療氣管狹窄提供了新的治療契機(jī)。由于氣管的軟骨是一種永久性透明軟骨組織，一旦出現(xiàn)骨化或鈣化，將嚴(yán)重影響功能。因此，如何調(diào)控干細(xì)胞定向分化為軟骨細(xì)胞，并維持成熟軟骨細(xì)胞表型以獲得持續(xù)穩(wěn)定的軟骨組織是目前氣管組織工程研究中亟待解決的重大問題之一。
間充質(zhì)干細(xì)胞具有多向分化潛能，在不同的誘導(dǎo)條件下能夠向骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞分化，因而成為氣管軟骨組織工程領(lǐng)域較為理想的“種子細(xì)胞”。目前，常用的間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨體外誘導(dǎo)方案含有多種生長(zhǎng)因子和激素，包括轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子、地塞米松、胰島素、轉(zhuǎn)鐵蛋白和抗壞血酸等。但這些誘導(dǎo)方案誘導(dǎo)分化效率有限，獲取的軟骨細(xì)胞表型不穩(wěn)定，易發(fā)生骨化，而且誘導(dǎo)成本亦較高。鄭景浩、何曉敏團(tuán)隊(duì)在前期研究即首次發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞經(jīng)小分子化合物Kartogenin預(yù)處理后能夠進(jìn)入軟骨前體干細(xì)胞階段，此階段的細(xì)胞能夠在TGF-β3等生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)下向軟骨細(xì)胞高效分化，且所得細(xì)胞表型相對(duì)穩(wěn)定（該研究受國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目資助，已在2019年4月發(fā)表于The FASEB Journal）。
近來，細(xì)胞外囊泡在胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和微環(huán)境塑造過程中發(fā)揮的作用成為研究熱點(diǎn)。鄭景浩團(tuán)隊(duì)在前期研究的基礎(chǔ)上，歷經(jīng)3年時(shí)間，進(jìn)一步取得突破性進(jìn)展，探究發(fā)現(xiàn)Kartogenin預(yù)處理后間充質(zhì)干細(xì)胞所產(chǎn)生的細(xì)胞外囊泡具有促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨分化的作用。并通過二代測(cè)序技術(shù)、體內(nèi)外功能驗(yàn)證證實(shí)：細(xì)胞外囊泡主要是通過傳遞囊泡中富集的miR-381-3p，靶向調(diào)控受體細(xì)胞中TAOK1的表達(dá)，從而抑制Hippo通路，最終實(shí)現(xiàn)促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞軟骨分化和軟骨再生。本研究應(yīng)用細(xì)胞外囊泡可降低對(duì)TGF-β3等生長(zhǎng)因子類誘導(dǎo)劑的依賴，對(duì)基于間充質(zhì)干細(xì)胞的軟骨再生具有重大理論價(jià)值和指導(dǎo)意義。
鄭景浩教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于組織工程氣管的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究，從氣管支架材料的改良、3D打印仿生支架的設(shè)計(jì)、干細(xì)胞誘導(dǎo)分化、氣管上皮再生等不同方向改進(jìn)組織工程氣管的構(gòu)建及應(yīng)用流程，現(xiàn)已取得一系列研究成果，迄今該團(tuán)隊(duì)在組織工程氣管方面共獲得3項(xiàng)國家自然科學(xué)基金、1項(xiàng)上海市自然科學(xué)基金、數(shù)項(xiàng)科委及局級(jí)等項(xiàng)目，共發(fā)表與此相關(guān)的SCI收錄論文共12篇，累積影響因子共53.42。
該研究共同第一作者為上海兒童醫(yī)學(xué)中心心胸外科荊輝和張曉陽兩位博士生，共同通訊作者為上海兒童醫(yī)學(xué)中心心胸外科何曉敏主治醫(yī)師和鄭景浩教授，該研究受到國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、上海市浦東新區(qū)科技發(fā)展計(jì)劃等課題的共同資助。
