《先进材料》水凝胶可一年内实现长期软骨修复

【科研摘要】

修复组织的质量下降和局灶性骨关节炎(OA)的潜在发展使局灶性关节软骨缺损的再生变得复杂。生物材料指导的基因治疗可通过以时空方式控制治疗序列的释放来增强软骨修复。最近，萨尔大学Magali Cucchiarini教授团队通过藻酸盐水凝胶(IGF-I/AlgPH155)传递编码人胰岛素样生长因子I(IGF-I)的重组腺相关病毒(rAAV)载体的优势可增强软骨全层修复报告了小型猪与对照(lacZ/AlgPH155)治疗一年后微骨折手术后的缺陷。与使用lacZ/AlgPH155治疗一年的缺损相比，在使用IGF-I / AlgPH155处理的缺损修复组织中以及在缺损周围的软骨中，均可实现持续的IGF-I过表达。

相对于lacZ/AlgPH155(半定量总组织学评分，细胞密度，基质沉积)，IGF-I/AlgPH155的给药在一年内显着改善了软骨修复的参数，而没有有害或免疫反应。值得注意的是，与lacZ/AlgPH155治疗相比，一年后IGF-I/AlgPH155的递送还可以显着减少局灶性OA和炎症。生物材料指导的rAAV基因转移代表了一种有价值的临床方法，可促进软骨修复和预防OA。

相关论文以题为HydrogelGuided, rAAVMediated IGFI Overexpression Enables LongTerm Cartilage Repair and Protection against Perifocal Osteoarthritis in a LargeAnimal FullThickness Chondral Defect Model at One Year In Vivo发表在《Advanced Materials》上。

【图文解析】

2.1通过rAAV /藻酸盐介导的基因转移以及体外小型猪的软骨缺损有效地表达IGF-I

候选rAAV-hIGF-I/藻酸盐水凝胶系统(IGF-I/AlgPH155)首先在最合适的载体剂量下进行了测试，以确定其在体外促进MSCs再生IGF-I表达的能力，MSC 软骨缺损，作为该方法相对于控制条件的功能概念的证明，包括rAAV-lacZ/藻酸盐水凝胶系统(lacZ/AlgPH155)，无载体的水凝胶系统(AlgPH155)，无水凝胶的载体( IGF-I/-或lacZ/-处理)，而水凝胶和rAAV均不存在(-/-处理)。相对于所有其他条件，包括无水凝胶的rAAV-hIGF-I(IGF-I/-治疗)，在分析的任何时间点，IGF-I/AlgPH155的施用均导致IGF-I表达水平显着升高(从第一天到第二十一天，是评估的最长时间点(相差最多4.7倍)(图1)。

图1在使用rAAV/AlgPH155水凝胶系统处理的MSC中检测转基因(IGF-1)表达。如实验部分所述，将IGF-I/AlgPH155和lacZ/AlgPH155水凝胶系统直接用于MSC的培养长达21天。对照包括不使用rAAV的水凝胶的应用(AlgPH155)，以相似的载体剂量施用无水凝胶的rAAV载体(IGFI/或lacZ/处理)，以及既不使用水凝胶也不使用rAAV(/处理 )。如实验部分所述，通过ELISA在指定的时间点测量IGF-I的累计表达。相对于lacZ / AlgPH155(a)，AlgPH155(b)，IGF-I /-(c)，lacZ /-(d)和-/-(e)处理具有统计学意义。

图2检测经rAAV/AlgPH155处理的小型猪软骨缺损的修复组织中的转基因(IGF-1)表达。将IGF-I/AlgPH155和lacZ/AlgPH155水凝胶系统(每个缺损25 L;3.6×105转基因拷贝)植入在股骨外侧，远端股骨滑车产生的软骨缺损(直径4 mm，深度5 mm)中植入一年。实验部分所述的标准化微骨折后的小型猪。含有缺陷的骨软骨单位在一年后被回收，并按照实验部分所述通过免疫组织化学处理以监测IGF-I的表达(插图:缺陷周围软骨中IGF-I的检测;放大倍数×10;所有代表性数据)。

2.2通过rAAV/藻酸盐介导的基因转移导致的IGF-I过表达对小型猪软骨缺损修复过程的影响

体内治疗一年后，IGF-I/AlgPH155和lacZ/AlgPH155治疗在半定量评分系统的单个或全部类别中均无显着差异，该评分系统对此类缺陷的宏观修复进行了分级(图3)，没有任何迹象 任一治疗组在这个时间点的骨赘形成，宏观滑膜炎或免疫细胞浸润(CD3，CD11b和HLA-DRα表达缺失)的变化(未显示)。

图3对经rAAV/AlgPH155处理的小型猪软骨缺损的修复组织进行宏观分析。如图2和实验部分所示，将IGF-I/AlgPH155和lacZ/AlgPH155水凝胶系统植入小型猪软骨缺损中。一年后取回含有缺损的骨软骨单位，以进行宏观评估，如实验部分所述(所有代表性数据)。

对经rAAV/AlgPH155处理的小型猪软骨缺损的修复组织进行宏观分析。IGF-I/AlgPH155和lacZ/AlgPH155水凝胶系统植入了小型猪软骨缺损中，如图2所示。使用半定量评分对免疫染色切片上的II型胶原强度进行评估后发现，一年后接受IGF-I / AlgPH155的缺损修复组织中该主要ECM成分的沉积明显强于lacZ/AlgPH155(1.3倍)差)(图5A)。取而代之的是，此时IGF-I/AlgPH155和lacZ/AlgPH155缺陷之间的I型胶原沉积没有差异(图5B)

文章来源：《金属功能材料》 网址: http://www.jsgncl.cn/zonghexinwen/2021/0322/454.html