一种方法提高软骨修复治疗的有效性

间充质间质细胞是一种有吸引力的替代目前昂贵，耗时的治疗方法。

　　

来自新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟（SMART）（麻省理工学院在新加坡的研究企业）的个性化医学制造关键分析（CAMP）跨学科研究小组的研究人员，与新加坡国立大学组织工程计划的合作者一起，开发了一种新方法，通过在MSC扩增过程中添加抗坏血酸来增强间充质间质细胞（MSCs）生成软骨组织的能力。该研究还发现，微磁共振弛豫仪（μMRR）是一种由SMART CAMP开发的新型过程分析工具，可作为一种快速、无标签的过程监测工具，用于MSCs的质量扩增。

关节软骨是一种保护关节骨末端的结缔组织，可因损伤、年龄或关节炎而退化，导致严重的关节疼痛和残疾。特别是在新加坡这样的人口老龄化活跃的国家，关节软骨变性是一种日益严重的疾病，影响着越来越多的人。自体软骨细胞植入是目前美国食品和药物管理局（FDA）批准的唯一一种治疗关节软骨损伤的细胞疗法，但它成本高、耗时长、需要多种治疗。骨髓间充质干细胞具有良好的移植安全性，是一种具有吸引力和前景的替代方案。然而，由于供体之间的差异、细胞扩增过程中细胞之间的差异以及非标准化的MSC制造方案等因素导致的治疗结果不一致，MSCs的临床应用受到限制。

间充质干细胞的异质性可能导致其生物学行为和治疗结果的变化。虽然需要大规模的间充质干细胞扩增来获得用于植入的治疗相关数量的细胞，但这一过程可能会引入细胞异质性。因此，改进过程对于减少细胞异质性至关重要，同时增加供体细胞数量，提高成软骨潜能（MSCs分化为软骨细胞修复软骨组织的能力），为更有效和一致的MSCs治疗铺平道路。

在科学杂志《Stem Cell Research and Therapy》上发表的一篇题为“Metabolic modulation to improve MSC expansion and therapeutic potential for articular cartilage repair”的论文中，CAMP的研究人员详细介绍了他们通过改变细胞利用能量的方式来增强优质MSC扩张的启动策略。研究结果表明，软骨生成电位与氧化磷酸化（OXPHOS）之间存在正相关，氧化磷酸化是一种利用氧气减少产生三磷酸腺苷的过程，三磷酸腺苷是驱动和支持活细胞中许多过程的能量来源。这表明操纵MSC代谢是增强软骨形成潜力的一种有希望的策略。

利用CAMP开发的新型pat，研究人员探索了在细胞的短期和长期收获和重新播种中代谢调节的潜力。为了增强它们的成软骨潜能，他们改变了营养成分，包括葡萄糖、丙酮酸、谷氨酰胺和抗坏血酸（AA）。据报道，AA在分化过程中支持OXPHOS及其对软骨形成潜能的积极影响-这是一个未成熟细胞成为具有特定功能的成熟细胞的过程-研究人员进一步研究了其在MSC扩增中的作用。

研究发现，在骨髓间充质干细胞扩增期间和分化开始前，在细胞培养物中添加一代AA可改善软骨分化，这是更好地修复关节软骨的关键质量属性（CQA）。与未经处理的细胞相比，长期AA治疗导致MSCs的产量增加300倍以上，具有增强的软骨形成潜力，并减少细胞异质性和细胞衰老（细胞老化并永久停止分裂但不会死亡的过程）。aa处理的MSCs具有改善的软骨形成潜力，显示出代谢谱向OXPHOS的强烈转变。这种代谢变化与μMRR测量相关，这有助于识别新的CQA，这些CQA可以在关节软骨修复的MSC制造中实现。

该研究还展示了CAMP开发的过程分析工具微磁共振弛豫仪（μMRR）的潜力，微磁共振弛豫仪是一种微型台式设备，在微观尺度上使用磁共振成像（MRI）成像，作为补充AA后MSCs扩展的过程监测工具。由于存在顺磁性血色素颗粒，μMRR最初被用作无标记的疟疾诊断方法，在研究中用于检测MSCs的衰老。这种快速、无标签的方法只需要少量的细胞进行评估，这使得MSC疗法可以在封闭系统中生产，这是一种通过减少外部环境污染风险来保护药品的系统，同时可以对每次生产的有限批次进行间歇监测。

“供体间的差异、群体内的异质性和细胞衰老阻碍了间充质干细胞作为关节软骨修复的标准护理治疗的成功。我们的研究表明，在MSC扩展期间补充AA可以克服这些瓶颈，增强MSC软骨形成潜力，”SMART CAMP高级博士后、该论文的第一作者Ching Ann Tee说。“通过控制代谢条件，如AA补充，再加上CAMP的过程分析工具，如μMRR，细胞治疗产品的产量和质量可以显著提高。这一突破有助于使MSC疗法成为更有效、更可行的治疗选择，并为改进生产管道提供标准。”

“这种利用代谢调节来改善MSC成软骨潜能的方法可以适用于其他治疗适应症的类似概念，例如骨修复或其他类型干细胞的成骨潜能。SMART CAMP的首席研究员、麻省理工学院生物学和生物工程教授、论文的通讯作者Laurie A. Boyer教授补充说：“在MSC制造环境中实施我们的发现对于骨关节炎和其他关节疾病患者来说可能是向前迈出的重要一步，因为我们可以有效地生产大量具有一致功能的高质量MSC，并使更多患者能够治疗。”