馬薩諸塞州阿默斯特大學(xué)應(yīng)用生命科學(xué)研究所(IALS)的一個多學(xué)科研究小組開發(fā)了一種復(fù)制骨組織復(fù)雜性和骨重塑過程的技術(shù)。這一突破可以幫助研究者對骨生物學(xué)進(jìn)行進(jìn)一步研究，促進(jìn)骨質(zhì)疏松藥物的開發(fā)。
研究人員發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》，并開發(fā)了一種新的生物材料，稱為脫鈣骨紙。這支隊(duì)伍包括李俊宇、樸永國、瑞安卡彭特、化學(xué)工程。尤金昌，生物化學(xué)和微生物學(xué)；郭，分子與細(xì)胞生物學(xué)研究生課程；和馬薩諸塞州醫(yī)學(xué)院伍斯特大學(xué)的宰赫辛。
該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個小梁骨器官模型，可以再現(xiàn)小梁骨腔的基本細(xì)胞外復(fù)雜性和細(xì)胞過程。小梁骨或松質(zhì)骨是一種質(zhì)輕、多孔的骨，它包圍著許多大的空間，形成蜂窩狀或海綿狀外觀。小梁骨是人體的“減震器”，將機(jī)械負(fù)荷從關(guān)節(jié)面?zhèn)鬟f到皮質(zhì)骨。與皮質(zhì)骨相比，這些骨骼的鈣含量較低，骨髓含量較高。骨小梁的密度隨著年齡的增長而降低。
Lee說：“骨是一種多功能組織，不僅能保持機(jī)械穩(wěn)定性，還能調(diào)節(jié)血液形成和血液礦物質(zhì)含量?！叭欢?，研究骨重塑的生物學(xué)是一個挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@一過程發(fā)生在骨腔內(nèi)部。難以進(jìn)入的堅硬且不透明的骨組織，因此在體外創(chuàng)建逼真的骨組織模型也將增強(qiáng)我們對基礎(chǔ)骨生物學(xué)的了解，并為模型疾病進(jìn)展和藥物反應(yīng)篩選提供新的機(jī)會。”
骨重建是一個終身的過程，在這個過程中，成熟的骨組織從骨中被移除，新的骨組織形成。這些過程也可以控制正常日?；顒又械膫蠊侵脫Q和微損傷。骨骼的發(fā)育是以分層的方式進(jìn)行的，因?yàn)榈谝粋€骨骼形成細(xì)胞沉積結(jié)構(gòu)性膠原蛋白，然后這些膠原蛋白被礦化成堅硬的骨骼。在一生中重復(fù)這個過程來重塑和模擬骨組織。
UMass的科學(xué)家從當(dāng)?shù)氐耐涝讏瞿米吡伺５墓穷^，然后清洗它們，將它們切成小塊，并在化學(xué)過程中脫鹽。為了再現(xiàn)骨重塑的過程，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型生物材料——脫礦骨紙，它模仿致密的結(jié)構(gòu)基質(zhì)，含有薄薄的脫礦牛致密骨。該材料具有受控的厚度和表面積。它還具有機(jī)械耐久性和半透明性。
脫礦骨紙支持成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的過程，成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞是僅駐留在骨表面并發(fā)揮作用的細(xì)胞。破骨細(xì)胞負(fù)責(zé)老化的骨骼，而成骨細(xì)胞負(fù)責(zé)新骨骼的形成。
以紙為功能模板，成骨細(xì)胞在致密膠原的層狀結(jié)構(gòu)引導(dǎo)下，快速沉積結(jié)構(gòu)性礦物質(zhì)，形成深度與生物體相近的類骨質(zhì)。這種材料的半透明性使得使用熒光顯微鏡來監(jiān)控正在進(jìn)行的細(xì)胞過程成為可能。它又薄又耐用，很容易操作。骨紙的大規(guī)模生產(chǎn)——該團(tuán)隊(duì)可以從一頭牛的股骨中生產(chǎn)5000多張紙。
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