干细胞能改善肩部手术吗

在肩部手术史上，NFL 四分卫 Drew Brees 是个异数。2005 年，布里斯被擒抱，投掷肩部的肩袖肌腱严重撕裂，这可能会终结他的职业生涯。但在手术和康复之后，布里斯在下个赛季回归，带领他的球队进入季后赛，并继续赢得 2010 年超级碗。

不幸的是，肩袖修复并不总是那么顺利，尤其是在老年人中，这个年龄段最容易受到这些伤害。这种手术的失败率从轻微撕裂的年轻患者的 20% 到严重撕裂的老年患者的 94% 不等。

“我们使用具有 3,000 年历史的技术修复肩袖撕裂，”哥伦比亚大学 Vagelos 内外科医学院整形外科系生物医学工程师 Stavros Thomopoulos 博士说。

Thomopoulos 博士是哥伦比亚大学整形外科和生物医学工程系的 Robert E. Carroll 和 Jane Chace Carroll 实验室生物力学教授。他的研究于 12 月 1 日发表在Cell Stem Cell 上。

“埃及人想出了缝合来修复撕裂的组织。这基本上就是我们今天仍在做的事情，”Thomopoulos 说。“我们将撕裂的肌腱附着在骨头上，等待身体的自然愈合机制开始发挥作用，并希望一切顺利。有时有效，有时无效。”

肩袖手术经常失败的原因与称为附着点的结构有关，附着点是一种坚固但薄如纸的组织层，将肌腱与骨骼连接起来。一旦撕裂的肌腱被缝合并固定在骨头上，附着点就不会自行再生。

没有功能性附着点，手术修复在机械上比原来的要弱，容易发生二次撕裂。

“我想，为什么不回到发育生物学并学习身体如何从头开始构建附着点呢?一旦我们知道了这一点，我们就可以应用这些课程在受伤后再生附着点，”Thomopoulos 说。

Gli1+ 细胞在胎儿发育过程中建立骨骼和肌腱之间的连接，并有可能在以后的生命中修复组织损伤。图片来源：Stavros Thomopoulos。

Thomopoulos 之前发现附着细胞起源于一个共同的祖先：Gli1+ 细胞。理论上，将 Gli1+ 细胞添加到修复中可以在肩袖手术后再生附着点，并使连接更牢固。

Thomopoulos 的最新研究表明，将 Gli1+ 细胞移植到肩袖损伤小鼠体内可促进肌腱端愈合，这是迈向此类治疗的第一步。“到目前为止，我们只在理想化的小鼠模型中展示了这一点，但这是一个有希望的开始，”他说。

将 Gli1+ 细胞转化为一种疗法需要了解细胞产生附着点所有部分所需的环境条件和分子信号。

在这项研究中，Thomopoulos 已经开始揭示这些要求，使用单细胞 RNA 测序来确定 Gli1+祖细胞如何产生附着点中的不同细胞以及协调每种类型发育的调节分子。

“在我们进入临床试验之前还有很多工作要做，”Thomopoulos 补充道。“例如，我们需要找到 Gli1+ 细胞的良好来源。老年人没有多少这些细胞，所以我们需要找到一种在实验室中生成它们的方法。我们还需要改进我们的递送方法，使细胞到达正确的位置。”

如果成功，这种生物学方法还可用于加强其他需要肌腱到骨骼愈合的修复，包括 ACL 重建，并首先防止肌腱断裂。

“我认为生物制剂是骨科手术的未来，”Thomopoulos 说，“但我们仍需要多年的基础研究才能充分发挥其潜力。”

其他研究贡献者是 Fei Fang(西奈山哥伦比亚大学和伊坎医学院)、Yang Xiao(哥伦比亚大学)、Elazar Zelzer(魏茨曼科学研究所)和 Kam W. Leong(哥伦比亚大学)。

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