- 使用在体内缓慢释放脂质体的胶原蛋白片同时治愈骨骼和肌肉伤口
- 将巨噬细胞特性从炎症转变为组织修复
- 有助于手术后早期重返社会的可能性
改性胶原蛋白片促进骨肌肉损伤的愈合
*这是对原始论文中的数字的引用或修改。
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）生物医学研究部高级首席研究员 Toida Tsutomu、研究员 Shimizu Yuki、合同人员 Shimizu Eiko（研究时）、首席研究员 Tomonori Deguchi：日本闪光陶瓷 - AIST 保健材料共同研究实验室 指定集中研究专家 Masahiro Kitamura（在研究期间）加藤厚与特别强化研究专家（研究时）、NGK SPARK PLUG Co, Ltd（以下简称“NGK SPARK PLUG”）、九州大学牙科研究生院土屋彰助理教授（现任北九州市立大学环境技术研究所副教授）、国立心脑血管研究所姜正勋主任合作中心研究所，我们开发了一种同时促进骨骼和肌肉修复的技术。
外科手术和意外事故引起的骨和肌肉损伤经常发生，导致愈合延迟和术后并发症。常规生长因子的方法很难同时治愈骨骼和肌肉。我们使用新创建的胶原蛋白片积极和消极地控制组织愈合巨噬细胞，可以同时促进骨骼和肌肉的愈合。这将有助于支持手术后尽早重新融入社会并支持不同器官的恢复。再生治疗
该技术的详细信息将于 2024 年 8 月 17 日公布。生物材料学报
骨骼和肌肉在解剖学上很接近。因此，全髋关节置换、骨肿瘤切除等骨科手术以及意外事故造成的创伤，不可避免地不仅会造成骨损伤，还会造成肌肉等软组织的损伤。这会导致两个组织的愈合延迟，并常常导致临床并发症。这被认为是由于损伤通过分泌因子破坏了骨骼和肌肉之间的通讯，而这对于组织愈合至关重要。此外，近年来有报道称，两种组织的损伤都会导致慢性炎症，导致组织愈合延迟。因此，需要能够同时促进骨骼和肌肉损伤愈合的治疗策略。迄今为止，研究主要集中在利用生长因子的再生治疗策略上。然而，虽然这种策略对单个组织、骨骼或肌肉有效，但很难同时治愈两种组织。
AIST 开发了一种技术来操纵参与组织愈合和疾病进展的巨噬细胞表型，并一直致力于将其应用于医疗保健。其中，磷脂酰丝氨酸脂质体 (PSL)对 M1 型巨噬细胞具有高亲和力，并将表型从炎症（M1 型）转变为抗炎/组织愈合（M2 型）。我们还报道了它在治疗褥疮、自身免疫性心肌炎、骨再生和医疗器械异物反应方面的有效性。现在，通过将这项技术应用于已经投入临床使用的胶原蛋白片，我们已经证明，在动物模型中可以同时促进骨骼和肌肉的愈合。
这项研究和开发得到了日本学术振兴会科学研究补助金 (21H03833, 23K18442) 的支持。
在这项研究中，我们的目标是使用 AIST 和 NGK SPARK PLUG 联合开发的 PSL 改性胶原片（以下简称“P-COL”）同时促进骨和肌肉损伤动物模型中的骨和肌肉愈合。首先，我们通过在同一动物模型的受伤部位附近植入P-COL来评估PSL的持续释放，发现其持续时间约为2周。接下来，将未修饰的胶原片(以下称为“COL”)和P-COL植入受伤区域附近，并在1、2和4周后评估愈合情况。与COL相比，P-COL的骨骼（图1A和B）和肌肉（图1C和D）的愈合面积在所有时期都更大，表明P-COL同时促进骨骼和肌肉愈合。此外，我们对样本进行了免疫染色，并在植入一周后比较了巨噬细胞的数量。结果显示，与未植入的 COL 相比，在骨骼（图 2A 和 B）和肌肉（图 2C）中，P-COL 减少了抑制愈合的 M1 类型，并增加了促进愈合的 M2 类型。
图 1 未修饰的 (COL) 和脂质体修饰的胶原蛋白片 (P-COL) 的组织愈合
(A) 植入一周后骨的 Masson 三色染色图像。蓝色：骨头，星号：表示骨缺损。在COL的骨缺损区域未观察到骨愈合，但在P-COL中观察到骨愈合。 (B) 骨愈合的时间过程。纵轴显示新生骨面积与骨缺损面积的比率。 (C) 植入后 4 周肌肉的苏木精-伊红染色图像。阴影：愈合的肌肉，COL：植入的胶原蛋白片（D）愈合的肌肉随时间的变化。
*原始论文中的数字被引用或修改。
图 2 使用脂质体修饰的胶原片 (P-COL) 操纵巨噬细胞表型
(A) 植入后 1 周骨的巨噬细胞免疫染色图像。棕色：M1型或M2型巨噬细胞，未植入：骨/肌肉损伤后未植入胶原片的阴性对照实验组。 (B) 骨巨噬细胞的定量结果。 (C) 肌肉巨噬细胞的定量结果。
*原始论文中的数字被引用或修改。
进行了额外的细胞实验，以评估动物研究中观察到的组织愈合与巨噬细胞表型之间的关系。首先，分别收集M1型和M2型分泌因子分化培养基混合的培养基（以下分别称为“DM+M1-CM”和“DM+M2-CM”）。前体成骨细胞和成肌细胞普通介质中培养来评价分化。 (阴性对照，以下称为“NM”)、分化培养基(阳性对照，以下称为“DM”)、DM+M1-CM、或DM+M2-CM。第 6 天后，在 DM 中培养的前体成骨细胞形成骨样组织（红色），表明分化正在进行中（图 3A）。然而，在DM+M1-CM中，与NM相似，没有观察到骨样组织。另一方面，在DM+M2-CM的情况下，观察到与DM几乎相同水平的骨样组织的形成。接下来，当我们使用成肌细胞进行类似的实验时，我们发现从第4天开始在DM和DM+M2-CM中检测到相同水平的肌管形成（绿色），并且肌管形成在第6天增加，表明分化随着时间的推移而进展。然而，与 NM 类似，DM + M1-CM 中未观察到肌管形成（图 3B）。换句话说，M1型显着抑制成骨细胞和成肌细胞的分化，但用PSL转为M2型可将分化提高到与DM相同的水平。
图3 巨噬细胞分泌因子对细胞分化的影响 (A) 成骨细胞形成骨样组织。照片中红色：骨样组织被茜素红染色；图中的吸光度：与骨样组织结合的茜素红被溶解并通过吸光度进行定量。 (B) 成肌细胞肌管组织的形成。绿色：肌管标记（肌球蛋白重链），蓝色：细胞核。
*原始论文中的数字被引用或修改。
上述结果表明，在受损组织中，P-COL 使巨噬细胞表型偏向 M2 型，促进干细胞或组织祖细胞的分化，从而促进骨骼和肌肉的愈合。在这项研究中，我们证明，通过用 P-COL 操纵巨噬细胞表型，可以同时促进完全不同的器官（例如骨骼和肌肉）的愈合。巨噬细胞表型的适当转换在几乎所有器官的愈合中的重要性正在变得越来越清楚。另一方面，骨软骨组织和牙周组织（由牙槽骨和牙龈组成）等不同组织组成的器官的再生治疗仍然是一个具有挑战性的问题。该技术有潜力应用于此类器官的再生治疗。
未来，为了将开发的医疗片材作为医疗材料应用，我们将进行临床前测试和生物安全性测试，并将研发推向实际应用。
已出版的杂志：生物材料学报
论文标题：释放磷脂酰丝氨酸脂质体的胶原贴片引导 M1 到 M2 巨噬细胞极化并加速骨骼和肌肉的同时愈合
作者：Chikara Toida、Yuki Shimizu、Eiko Shimizu、Tomonori Deguchi、Akira Tsuchiya、Jeong-hoon Kang、Masahiro Kitamura、Atsushi Kato、Tsuguto Yamada、Shogo Yamaguchi、Shinjiro Kasahara
DOI：doiorg/101016/jactbio202408012