軟骨是沒有血管的，而且軟骨的再生能力很差，因此，軟骨細胞和營養物質很難到達缺陷的軟骨組織。逐漸磨損的關節軟骨導致軟骨組織的丟失，最終導致退行性關節疾病，如骨關節炎(OA)[1]。研究顯示，OA是2010年第三大最常見的肌肉骨骼疾病，其中，83%的病例膝關節受累[2]。 在美國，65歲及以上的成年人中， 33.6%(1240萬)的人患有OA。隨著全球人口規模及預期壽命的延長，退行性關節疾病的發生預計也將增加[1]。因此，找到能夠成功促使軟骨再生的有效方法就成為一種迫切需求。

利用各種型別的幹細胞進行組織再生的研究非常熱門，科學家們也已經嘗試著用各種來源的細胞來再生軟骨，比如成體幹細胞（尤其是人類間充質幹細胞 (hMSCs)）和關節軟骨細胞（ACs），但是，它們的增殖和分化潛能有限，因此限制了應用。為了克服這一侷限性，科學家們正在研究用多能幹細胞來再生軟骨。下面就跟大家科普一下，從人類臍帶血(hUCB)細胞和人類誘導的多能幹細胞(hiPSCs)中獲得再生軟骨的能力，以及它們的優勢。

UCB的優勢

hUcB-MSCs的抗炎和免疫調節作用

MSCs可以分化為骨和軟骨，而且具有抗炎和免疫調節的作用。

在2010年，科學家Liu和他的團隊就利用hUCB-MSCs來治療患有類風溼關節炎的小鼠模型[8]。成纖維細胞樣滑膜細胞和基質金屬蛋白酶(MMPs)在炎症和軟骨破壞中起著重要作用，研究證明 hUCB-MSCs可以抑制滑膜細胞的增殖，而且顯著降低了MMPs的含量。在小鼠體內注射hUcB-MSCs時，關節炎症狀減輕，TNFa和IL-6水平也下調。

在2012年，科學家Greish證實了hUCB-MSCs在類風溼關節炎大鼠模型中的免疫調節作用[9]。注射後34天，關節炎症狀減少， 注射了hUCB-MSCs的組炎症細胞因子（TNFa、IFN-γ和IL-1）水平顯著降低，IL-10水平升高。

CB細胞的軟骨分化能力

臍帶血細胞可以分化為多種細胞型別，由此被提出可以用於疾病的治療，目前已經有研究報告了hUCB-MSCs的軟骨分化能力，而且比骨髓幹細胞的軟骨分化能力更強。

早在2013年，科學家Jeong就證明了hUCB-MSCs是透過旁分泌的作用，促進軟骨祖細胞的分化[6]。將取自OA患者的滑膜液和hUCB-MSCs聯合應用，對軟骨細胞的旁分泌效應增加，血小板反應素-2(TSP-2)升高，但是採用取自骨折患者的滑膜液卻沒有變化。而且，在應用了缺乏TSP-2的hUCB-MSCs後，小鼠的軟骨組織沒有得到修復。

CB細胞的軟骨再生能力

臍帶血採集的無傷害性以及臍帶血幹細胞的低免疫原性，使得hUCB-MSCs被用來進行了很多科學研究和臨床試驗。而且關於hUCB-MSCs促進軟骨再生的研究也非常多。

在2014年，科學家Chung及其團隊直接將富含hUCB-MSCs的四種水凝膠（分別是：透明質酸，海藻酸鈉，聚醚，不同型別的混合物）移植到了股骨滑車槽中的軟骨缺損部位[4]，缺損的軟骨組織都有所修復，使用透明質酸的hUCB-MSCs在大鼠關節軟骨缺損中的修復率最高。同時，還單獨注射了不含hUCB-MSCs的水凝膠進行了陰性對照，結果顯示，應用了hUCB-MSCs的治療組要明顯優於陰性對照組。可以採用免疫染色的方法，來證實再生軟骨中II型膠原的表達。在應用了hUCB-MSCs的治療組中，再生軟骨具有較高的II型膠原含量，而單獨應用水凝膠的對照組卻沒有這種表達。

在2016年，科學家Park又將不同濃度的富含hUCB-MSCs的透明質酸水凝膠應用到了軟骨組織缺損的兔子模型當中（分別是0.1/0.5/1.0/1.5 X107cells/ml） [5]，植入的hUSB-MSCs在關節軟骨產生的缺損內均表現出了再生特性。有趣的是，與低細胞濃度相比，細胞濃度高對軟骨修復不利。細胞劑量為0.1、0.5和1.0X107cells/ml比高劑量(1.5x107cslls/ml)更有效。據此，科學家提出了兩套理論：第一，過高的細胞濃度聚集，可能會造成細胞活性的降低，第二，異種免疫排斥可能會造成細胞損傷或死亡，從而影響軟骨修復。

科學家Park及其團隊在另一組小豬模型中也證實了hUCB-MSCs的軟骨再生潛力[10]。這項研究被作為人類臨床試驗道路上的一個里程碑，表明了hUCB-MSCs在關節軟骨缺損中具有再生能力。

後來，韓國科學家進行了一項臨床試驗研究，證實了使用異基因hUCB-MSCs在OA患者中進行關節軟骨再生的安全性和有效性[11]。這是首次利用hUCB-MSCs在人體進行試驗。7名OA患者接受了hUCB-MSCs和水凝膠的移植，在7年內均沒有發生嚴重不良反應。其中兩名患者在移植後1年內透過活檢進一步檢查恢復的病變，發現有白色透明狀軟骨的再生。

CB細胞衍生的誘導多能幹細胞（iPSCs）對軟骨的再生

iPSCs技術能夠使分化成熟的體細胞誘導生成幹細胞，這一技術影響了各個研究領域，可用於篩選藥物，模擬疾病，並在臨床研究中開發再生藥物。（圖一）

圖一：使用hUCBS和hUCB-hiPSCs進行軟骨發生和軟骨再生的作用

在2014年，科學家Guzzo和他的團隊證明了用微培養可以誘導CB細胞衍生的hiPSCs軟骨形成[12]。在2017年，科學家Nam和他的團隊使用hCBMC衍生的hiPSCs生成了軟骨形成顆粒[13]，在這項研究中，軟骨特異性基因的表達隨著分化從第10天到第30天的進行而增加, 此外，還檢測到軟骨特異性標記物，如SOX9、ACAN和COL2A1。在另一項試驗中，Rim證明了hCBMC-hiPSCs在大鼠骨軟骨缺損模型中的修復潛力[14]，分離的軟骨細胞樣細胞顯示出類似水平的ACAN和COL2A1表達。

結語

軟骨的再生能力較差，針對這一問題已經研究了幾十年，在此背景下，臍帶血衍生的誘導多能幹細胞在未來治療關節疾病和關節損傷方面具有巨大的潛力。