在一項新的研究中，來自美國康涅狄格大學的研究人員成功地在一隻兔子的膝蓋上再生了軟骨，這為在人類身上實現關節治愈帶來了希望。相關研究結果發表在2022年1月12日的Science Translational Medicine期刊上，論文標題為“Exercise-induced piezoelectric stimulation for cartilage regeneration in rabbits”。

關節炎是一種常見的、痛苦的疾病，由我們的關節受損引起。通常情況下，軟骨墊為骨頭提供緩衝。但是，損傷或年齡會使它磨損。隨著軟骨退化，骨頭開始撞擊骨頭，像走路這樣的日常活動變得非常痛苦。

目前最好的治療方法是嚐試用從身體其他部位或捐贈者那裏取來的健康軟骨替換受損的軟骨。但健康的軟骨供應有限。如果是你自己的軟骨，移植後可能會傷害到它被拿取的地方;如果是別人的軟骨，你的免疫係統很可能會排斥它。

最好的治療方法是讓受損的關節本身重新生長出健康的軟骨。一些科學家已經試圖通過放大化學生長因子來誘導身體自行生長軟骨;其他的嚐試依靠生物工程支架為身體提供新鮮組織的模板。但這兩種方法都不奏效，即使結合起來也是如此。

論文通訊作者、康涅狄格大學生物工程師Thanh Nguyen說，“重新生長的軟骨並不像天然軟骨那樣發揮作用。它在關節的正常壓力下會斷裂。”

Nguyen實驗室一直在研究軟骨的再生，他們發現電信號是軟骨正常生長的關鍵。他們設計了一種由聚L-乳酸(poly-L lactic acid, PLLA)納米纖維製成的組織支架，其中PLLA是一種經常用於縫合手術傷口的可生物降解的聚合物。這種納米材料有一種叫做壓電性(piezo-electricity)的特性。當它被擠壓時，它會產生一點電流。關節的定期運動，比如人走路，可以使PLLA支架產生微弱但穩定的電場，從而促進細胞在其中定居並生長成軟骨。不需要外界的生長因子或幹細胞(它們有潛在的毒性或不希望發生的不良事件的風險)，而且至關重要的是，生長出來的軟骨具有機械強度。

Nguyen團隊最近在一隻受傷的兔子的膝蓋上測試了這種組織支架。在植入這種組織支架後，這隻兔子被允許在跑步機上跳躍鍛煉，正如預期的那樣，它的軟骨恢複正常生長。論文第一作者、Nguyen團隊博士後研究員Yang Liu博士說，“壓電性是一種在人體中也存在的現象。骨骼、軟骨、膠原蛋白、DNA和各種蛋白都有壓電反應。我們治療軟骨的方法具有很強的臨床轉化性，我們將研究相關的治療機製。”

這些研究結果令人振奮，但Nguyen卻很謹慎。Nguyen說，“這是一個令人著迷的結果，但我們需要在體型和體重接近人類的更大的動物身上進行測試。” 他的實驗室希望對接受治療的動物進行至少一年的觀察，可能是兩年，以確保軟骨的持久性。在老年動物身上測試PLLA支架也是非常理想的。關節炎在人類中通常是一種老年性疾病。年輕的動物比年老的動物更容易實現軟骨愈合，如果這種壓電性的PLLA支架也能幫助年老的動物實現軟骨愈合，這確實可能是生物工程的一個突破。