以間葉幹細胞條件培養液搭配明膠止血棉用於治療大鼠頭骨缺損

Abstract

"組織工程作為臨床醫學上新興的骨骼損傷治療方式，改善了無論是自體、異體、異種和人工骨移植等治療的限制。過去已經有許多研究證實以細胞、支架和生長因子共同移植之組織工程於骨修復上有其功效。其中間葉幹細胞（mesenchymal stem cell, MSC）是組織工程研究中的最廣泛被運用的細胞種類。隨著對於間葉幹細胞的研究愈加深入，許多研究認為間葉幹細胞是透過旁分泌作用來調控組織修復，因此無需細胞的治療方式（cell-free therapy）逐漸成為組織工程研究的趨勢。而培養過間葉幹細胞之培養液，被稱為間葉幹細胞條件培養液（MSCs derived-conditioned medium, MSC-CM），其中含有間葉幹細胞分泌的所有因子，被認為是一種可取代細胞的組織工程材料。 明膠止血綿作為臨床醫學中常見的生醫材料，具有良好的生物相容性和生物降解性。在我們先前的研究中，已經證實綠螢光豬的間葉幹細胞搭配明膠止血棉能有效的治療豬的頭骨缺損；進一步，我們希望於大鼠頭骨缺損模型中測試載有條件培養液之明膠止血綿是否同樣具修復效果。 在體外試驗中，我們發現條件培養液能調控間葉幹細胞成骨相關基因的表現，其中包含RUNX2和OCN都有較高的表現量，而透過Transwell的遷移測試，我們則發現條件培養液對於間葉幹細胞有招募的效果。另外一方面，在螢光顯微鏡觀察、CCK-8測定和鹼性磷酸酶的染色結果中，我們證實了明膠止血棉確實是有助於間葉幹細胞的增生和分化。在體內試驗中，空白組作為對照，其餘分別以新鮮培養液（FM group）、條件培養液（CM group）、5×10^4個綠螢光豬間葉幹細胞（MSC group）搭配明膠止血綿移植在大鼠頭骨缺損模型中進行6週和10週的修復測試。在微電腦斷層掃描得結果中，無論是在第6週或第10週，與對照組和FM組相比，CM和MSC組新生成骨頭的面積都是顯著較大的；另外有趣的是，我們發現CM組開始進行骨修復的時間早於MSC組。 綜上所述，在體外試驗中，我們知道條件培養液有招募間葉幹細胞及誘導骨分化的作用，而明膠止血綿有很好的生物相容性讓間葉幹細胞能在其中增殖、分化。在體內則驗證了明膠止血綿搭配條件培養液對骨再生同樣具有治療功效。這些結果顯示條件培養液透過調控宿主間葉幹細胞能取代外源性間葉幹細胞在骨修復組織工程中的作用；而在無需細胞的治療方式中，明膠止血綿搭配條件培養液的治療在未來臨床醫學上的應用是備受期待的。 "