脐带血诱导的多能干细胞的软骨形成颗粒形成

hiPSCs的使用代表了各种疾病的药物筛选和机械研究的新策略。从再生的角度来看，hiPSC也是替代受损组织的潜在来源，其受损愈合能力有限，如关节软骨^1,2 。

天然关节软骨的再生是数十年来的挑战。关节软骨是一种柔软的白色组织，其覆盖骨骼的末端，保护其免受摩擦。然而，损坏时的再生能力有限，几乎不可能进行自我修复。因此，关注软骨再生的研究已经持续了几十年。

以前，通常使用从膝关节³分离的骨髓基质干细胞或天然软骨细胞进行体外分化成软骨形态谱系。到期o它们的软骨形成潜能，BMSCs和天然软骨细胞具有许多优点，支持它们在软骨形成中的应用。然而，由于它们的扩增和表型不稳定，这些细胞在关节软骨缺损的重建中面临着一些限制。在体外培养条件下，3-4代后，这些细胞往往失去自身特征，最终影响其分化能力。此外，在天然软骨细胞的情况下，当获得这些细胞时，对膝关节的附加损伤是不可避免的。

与BMSCs或天然软骨细胞不同，hiPSC可以在体外无限扩张。在适当的培养条件下，hiPSC作为软骨形成分化的替代来源具有巨大的潜力。然而，改变hiPSC的固有特性是很困难的。此外，它需要几个复杂的体外 steps将hiPSC的命运指向特定的单元格类型。尽管出现这些并发症，仍然推荐使用hiPSC，因为它们具有较高的自我更新能力及其分化成靶细胞的能力，包括软骨细胞⁶ 。

软骨形成分化通常使用三维培养系统进行，例如使用MSC样祖细胞的沉淀培养或微粒培养。如果使用hiPSC，生成MSC样祖细胞的方案与现有协议不同。一些群体使用hiPSC的单层培养物将表型直接转化为MSC样细胞⁷ 。然而，大多数研究使用EBs产生类似MSCs 8,9,10,11的生长细胞。

使用各种类型的生长因子诱导软骨NESIS。通常，单独或组合使用BMP和TGFβ家族蛋白。其他因素，如GDF5，FGF2和IGF1都有诱导分化12,13,14,15。已经显示TGFβ1在MSCs ¹⁶中以剂量依赖的方式刺激软骨形成。与其他同种型相比，TGFβ3，TGFβ1通过增加前软骨间充质细胞的冷凝来诱导软骨形成.TGFβ3通过显着增加间充质细胞增殖而诱导软骨形成。然而，TGFβ3比TGFβ17,10,18,19更频繁地被研究人员使用。 BMP2增强人类软骨形成基质成分相关基因的表达体外条件下关节软骨细胞 ²⁰ 。 BMP2增加了与TGFβ蛋白²¹结合的MSC中软骨形成至关重要的基因表达。还已经显示BMP2通过Smad和MAPK途径协同增强TGFβ3的作用²² 。

在本研究中，CBMC-hiPSC在低附着培养皿中使用EB培养基聚集成EB。通过将EB附着到明胶包被的培养皿中诱导生长细胞。使用生长细胞进行软骨形成分化。用BMP2和TGFβ3处理成功地浓缩细胞并诱导细胞外基质（ECM）蛋白质积累，用于软骨形成颗粒形成。本研究提出使用CBMC-hiPSCs的简单而有效的软骨形成分化方案。