将治疗性干细胞植入受损组织
间充质干细胞(MSCs)是多功能的，因为它们自然地补充构建骨、软骨和脂肪组织的细胞类型。然而，它们表现出更广泛的再生潜力，包括它们迁移和植入受伤组织的能力，以及分泌促进新血管形成、抑制炎症和细胞死亡以及促进愈合的因子。这些特征使它们成为治疗心血管、肝脏、骨骼和软骨疾病、肺和脊髓损伤、自身免疫性疾病甚至癌症和皮肤病变等各种疾病的细胞疗法的绝佳候选者。
从健康供体获得间充质干细胞的患者不会引起不良反应或可以忽略不计，并且可以很容易地分离出来人体组织扩展到临床规模，生物储存，并储存在护理点交付。这种制备医疗级间充质干细胞的效率与目前将它们输送到患者靶组织的相对低效率形成了鲜明对比。临床医生通常需要以高精度的方式给予大量的间充质干细胞，以获得足够数量的细胞，成功植入并随着时间的推移保持功能。
为了克服这一瓶颈，研究人员开发了基于材料的方法，其中MSCs嵌入在生物材料支架中，然后可以在微创手术中作为“补丁”植入受损组织。然而，这些细胞在迁移、克服组织障碍和成功植入最需要它们发挥作用的组织微环境方面的能力通常是有限的。原则上，注射方法可以通过皮下针更有针对性地将间充质干细胞引入组织，但任何直接注射组织都是侵入性的，可能导致无意的组织损伤和形成疤痕组织等副作用。
现在，一项新的研究报道先进功能材料洛杉矶Terasaki生物医学创新研究所和加州大学洛杉矶分校(UCLA)的一个团队开发了一种微创方法，使用微针输送生物活性的间充质干细胞。在一种凝胶状材料中植入数量相对较少的间充质干细胞，延长了它们的活力和功能，并以高空间精度瞄准受损组织，加速了切除皮肤片段的小鼠模型的伤口愈合。
“微针在过去已经成功地用于无痛地将药物输送到皮肤、血管和眼睛等靶组织。我们在这里用可拆卸的微针库证明，类似的方法可以在目标部位部署治疗细胞，”联合通讯作者Ali Khademhosseini说，他是Terasaki研究所的主任兼首席执行官，曾任加州大学洛杉矶分校微创治疗学中心主任。“为了实现这一目标，我们开发了一种全新的微针贴片，支持干细胞的活力，对伤口刺激的反应，以及加速伤口愈合的能力。”
在研究开始时，Khademhosseini和他的同事们假设，将MSCs嵌入生物相容性和可生物降解的生物材料基质中，将提供一个水合环境，该环境具有干细胞在较长时间内保持存活和功能所需的机械特性。研究人员首先设计了一个相互交联的明胶纤维基质，形成一个可以容纳msc的网络。这种生物材料模拟了MSCs通常所在组织的正常细胞外环境，并有助于重塑特定的基质环境，使MSCs能够吸收营养物质，并通过它们通常接收和发送的可溶性因子与受损组织交流。
挑战的另一部分是将功能性微针引入细胞传递设备，使其能够轻轻穿透组织，以到达目标部位。为了达到这个目的，研究人员用第二种更坚硬的生物材料——聚(乳酸-羟基乙酸)酸(简称PLGA)包裹了更软的含msc的明胶基质。一旦针头被送到伤口床上，同样具有生物相容性和可生物降解性的PLGA外壳就会慢慢降解，但在这个过程中，含有msc的明胶基质保持不变，允许MSCs通过外壳上出现的间隙将其治疗因子释放到受损组织中。研究小组表明，在复合微针中，90%的间充质干细胞保持了24小时的活力，并且这些细胞没有失去作为干细胞的潜力(“干性”)，这对它们的愈合特性至关重要。
最后，该团队开始在小鼠皮肤伤口模型中研究他们的微针概念，在该模型中，在表皮组织层中进行了明确的切除。为了有策略地将单个微针放置在伤口床内，研究人员将一组微针连接在一小条透明胶带上，其尖端远离胶带。精确地定位带其图案微针伤口表面允许单个微针穿透到伤口床。然后胶带被剥掉，导致微针分离并留在伤口组织中。Khademhosseini和他的同事称这个系统为可拆卸混合微针仓库(d-HMND)。
在小鼠模型中，msc负载的d-HMND设备刺激了与伤口愈合相关的许多关键参数。与等量的间充质干细胞直接注射到受伤皮肤和不含任何间充质干细胞(无细胞)的d-HMND装置相比，含间充质干细胞的d-HMND加速了伤口的收缩和表皮皮肤层的重新生长(再上皮化)。研究人员使用了一组组织学和分子标记，在14天内证实了该设备抑制炎症和刺激组织重塑，新血管的形成，头发的再生，这些都是健康的重要标志伤口愈合响应。
Khademhosseini说:“在未来的情况下，d-HMNDs可以在使用前在临床实验室快速制备，应用于治疗皮肤损伤，并更广泛地探索用于治疗各种其他疾病，包括黑色素瘤和其他可能受益于MSC细胞的力量的皮肤疾病。”“这一概念甚至可以与使用患者衍生产品兼容细胞更个性化的设备。”Khademhosseini和他的同事们正在探索这项技术的进一步应用，作为Terasaki研究所研究项目的一部分。
进一步探索
