研究人员发现了一种新型骨骼组织,为推进再生医学和组织工程带来了巨大的潜力。
大多数软骨依赖外部细胞外基质来提供强度,但“脂质软骨”,即存在于哺乳动物耳朵、鼻子和喉咙中的软骨,却独特地充满了被称为“脂质软骨细胞”的脂肪填充细胞,这些细胞提供了超级稳定的内部支持,使组织能够保持柔软和有弹性——类似于气泡包装材料。
发表在《科学》杂志上的这项研究表明,脂质软骨细胞如何创建并维持自己的脂质储备,其大小始终保持不变。与普通脂肪细胞(即脂肪细胞)不同,脂质软骨细胞不会因食物供应的变化而缩小或膨胀。
“脂质软骨的韧性和稳定性赋予了其柔韧、弹性的特性,非常适合用于如耳垂或鼻尖等灵活的身体部位,这为再生医学和组织工程,尤其是面部缺陷或损伤的治疗,带来了令人兴奋的可能性,”加州大学欧文分校发育与细胞生物学教授Maksim Plikus说。
“目前,软骨重建通常需要从患者的肋骨采集组织——这是一种痛苦且侵入性的程序。未来,可以从干细胞中衍生出患者特异性的脂质软骨细胞,进行纯化并用于制造定制的活体软骨。
“借助3D打印技术,这些工程组织可以精确成型,为治疗先天缺陷、创伤和各种软骨疾病提供新的解决方案。”
Franz Leydig于1854年首次注意到脂质软骨细胞,当时他观察到大鼠耳朵软骨中含有脂肪滴,这一发现几乎被遗忘至今。借助现代生化工具和先进的成像方法,加州大学欧文分校的研究人员全面描述了脂质软骨的分子生物学、代谢及其在骨骼组织中的结构作用。
他们还发现了抑制分解脂肪的酶活性和减少新脂肪分子吸收的遗传过程,从而有效地锁定了脂质软骨细胞中的脂质储备。当脂质软骨失去脂肪时,它会变得僵硬和脆弱,突显了其脂肪填充细胞在维持组织耐用性和灵活性方面的重要性。
此外,研究团队注意到,在一些哺乳动物(如蝙蝠)中,脂质软骨细胞组装成复杂的形状,例如其巨大耳朵中的平行脊状结构,这可能通过调节声波来增强听力敏锐度。
“脂质软骨独特脂质生物学的发现挑战了生物力学领域的长期假设,并打开了无数研究机会的大门,”该研究的第一作者、Plikus实验室的博士后研究员Raul Ramos说。
“未来的研究方向包括了解脂质软骨细胞如何随时间保持稳定性,以及调控其形态和功能的分子程序,还有关于细胞衰老机制的见解。
“我们的发现强调了脂质在代谢之外的多功能性,并提出了利用其特性进行组织工程和医学的新途径。”
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