骨科醫學重大突破：軟骨再生不再是夢？

用於重建軟骨的模架

有一種方法聚焦於從頭開始重建軟骨。

「運動就像指紋，是生活的標記。」西北大學的化學家兼材料科學家山繆．斯圖普（Samuel Stupp）說：「如果我們無法在沒有疼痛的情況下活動，就很難達到健全的身心狀態。」

斯圖普的研究是以「恢復軟骨結構有助於觸發軟骨再生」這一概念為基礎。

他的團隊已設計出一種注射式材料，不僅可用於取代已失去的軟骨，也能創造條件來鼓勵新軟骨生長。這種模架是由短蛋白質片段和一種經過改良的玻尿酸構成，可直接輸送到關節的受損區域。

只要模架抵達受損區域，就會自行聚集成微小纖維，這些纖維會編織在一起，形成一張柔軟但強韌的網。這種結構與健康軟骨十分相似，而且同樣重要的是，它會發出訊號來引導周遭細胞建造新組織，而不是形成類似疤痕的修復組織。

為了觀察這種材料在現實壓力下的表現，研究人員在綿羊身上進行測試，因綿羊膝關節在大小及其承受的力量方面都與人類膝關節類似。在六個月內，使用這種模架治療的關節開始形成富含第二型膠原蛋白和蛋白聚醣的新軟骨，這兩種分子可為健康軟骨提供力量和彈性。修復後的組織在外觀和表現上都更像原生軟骨，而非較脆弱的纖維軟骨（微骨折手術等標準治療後經常會形成纖維軟骨），這表示修復結果可維持很久。

老化如何改變軟骨的自我修復能力

不過，重建軟骨結構只是其中一片拼圖而已。老化本身也會讓關節的修復能力下降。史丹佛大學的研究人員正在將注意力轉向老化生物機制，以及使軟骨修復能力下降的分子變化。

史丹佛大學的微生物學與免疫學教授海倫．布勞（Helen Blau）發現，有一種稱為15-PGDH的蛋白質會隨著老化穩定增加，目前她也在持續研究15-PGDH。這種酵素會分解一種對組織修復至關重要的關鍵分子，使再生速度減緩，並導致組織失去功能。15-PGDH稱為「衰老酶」（gerozyme），是塑造老化生物機制的分子調節劑。

布勞和同校的骨外科副教授妮迪．布塔尼（Nidhi Bhutani）發現，在年齡較大的小鼠身上，阻斷15-PGDH可逆轉通常伴隨膝關節老化出現的軟骨流失。在帶有類似前十字韌帶撕裂傷的動物身上，這種治療可預防骨關節炎發生。接受治療的小鼠可以更正常地活動，患肢也能承受更多重量，這表示牠們的關節運作得更好。

人體組織也證實這些發現。取自膝關節置換手術的軟骨檢體在實驗室中會對這種抑制劑產生反應，製造出新的、具有功能的透明軟骨，也就是讓關節能夠滑動的平滑強韌組織。

布勞說：「患有關節疼痛的人非常希望找到緩解的方法，但他們的選項很有限。」布塔尼補充說：「這種新型抑制劑可透過修復軟骨損傷來解決疼痛根源。」

阻止破壞關節的疼痛

老化會慢慢磨損軟骨，但發炎會迅速破壞軟骨。在梅奧診所（Mayo Clinic），骨外科與分子醫學教授克里斯多福．伊凡斯（Christopher Evans）的研究重點不在於讓軟骨重新生長，而在於處理促使疾病本身惡化的發炎訊號。

伊凡斯說：「如果我們能阻止發炎的循環，就能在關節失去功能之前保住關節。」

伊凡斯已花費數十年時間研究介白素-1（interleukin-1），這是一種幫助身體回應損傷的蛋白質。在健康組織中，它的作用很短暫。在骨關節炎中，它會逗留下來，助長發炎並加速軟骨分解。目前已證實，使用注射式藥物很難阻斷介白素-1，因為注射進關節的蛋白質會很快透過血管和淋巴組織沖走。

基因療法提供一種繞過這個問題的方法。伊凡斯和同事將基因指令直接輸送到膝關節，促使關節細胞自行製造天然的抗發炎蛋白質。單次注射之後，關節就會成為自己的治療來源，進而維持保護性分子的局部濃度，不會在數小時內就失去這些分子。

在早期安全性試驗中，這種蛋白質可在關節液中維持偏高的濃度至少一年，而且沒有發生與療法相關的嚴重副作用。參與者通報疼痛減輕和功能改善，但這項研究規模很小，而且目的並非測量長期結果。較大規模的試驗目前正在進行中，其目的不是直接重建軟骨，而是干擾會加速軟骨流失的發炎循環，並在關節失去功能之前保住關節。

目前這些策略都尚未在大型人體試驗中證實可持久發揮效果。不過，它們都反映出科學家對骨關節炎的看法有所改變。長久以來，大家都認為這種疾病是不可避免的磨損，但如今愈來愈多人將其理解為由分子、細胞、結構塑造的活體生物過程，而這種過程有可能對介入治療產生反應。

延伸閱讀：關於雞蛋與膽固醇，醫生：舊觀念該更新了 / 一塊口香糖，如何悄悄影響大腦？