工程软骨产生一种抗炎药物

膝关节和手部等关节依靠软骨组织来防止骨骼相互摩擦。人一生的磨损会导致软骨分解。这就导致了骨关节炎。

骨关节炎的症状包括关节疼痛、僵硬和肿胀。全美有超过3000万成年人患有这种疾病。目前，没有治疗方法可以预防或逆转其恶化。

研究人员一直对在实验室培育可以植入关节的新软骨很感兴趣。然而，患有关节炎的关节含有许多促进慢性炎症的分子。这种炎症，加上正常运动产生的身体压力，可以迅速破坏替换的软骨。

圣路易斯华盛顿大学的Farshid Guilak博士领导的一个研究小组一直在测试软骨细胞是否可以被改造来保护自己免受炎症的影响。在一项概念验证研究中，研究小组改变了猪的软骨细胞，使其在受到压力时产生一种抗炎分子。

这项研究部分由NIH的国家关节炎、肌肉骨骼和皮肤疾病研究所(NIAMS)、国家衰老研究所(NIA)和国家先进转化科学中心(NCATS)资助。研究结果于2021年1月27日发表科学的进步．

研究人员首先在软骨细胞的膜上发现了一种叫做TRPV4的蛋白质，这种蛋白质可以感知细胞在压缩下的变化。他们发现，TRPV4被细胞中液体的一种叫做渗透负荷的变化激活。这种蛋白质也可以被机械力触发。

研究小组表明，作为回应，TRPV4激活了软骨细胞中与炎症和代谢相关的特定遗传途径。研究人员修改了这些遗传回路，以产生一种叫做白细胞介素-1受体拮抗剂(IL-1Ra)的抗炎分子。具有这些回路的细胞随后生长形成软骨。

当暴露于机械力或渗透负荷时，工程细胞产生IL-1Ra。生产的时间和持续时间取决于所使用的遗传回路。这表明，通过利用在不同时间开启和关闭的不同细胞通路，可以定制生产。

最后，研究人员测试了IL-1Ra的产生是否可以在炎症环境中保护软骨细胞，类似于在骨关节炎中看到的情况。他们将工程软骨暴露在炎症分子和渗透负荷下三天。

在此期间结束时，不产生IL-1Ra的软骨开始分解。相反，产生这种分子的软骨保持了它的结构和强度。

这些发现证明了改造活组织来生产它自己的治疗药物的能力。“我们认为这一策略可以成为一个框架，让我们可以对细胞进行编程，以应对各种医疗问题。”Guilak说。