生物工程支架引導(dǎo)內(nèi)源性骨再生

它的力量可能無法與金剛狼相媲美，但由 UNMC 和內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的研究人員設(shè)計(jì)的再生植入物可以幫助修復(fù)身體創(chuàng)傷、手術(shù)或骨質(zhì)疏松癥后的深骨損傷。

該團(tuán)隊(duì)最近在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上詳細(xì)介紹了其研究結(jié)果，開發(fā)了一種可生物降解的、基于納米纖維的植入物或支架，其設(shè)計(jì)可以通過有效引導(dǎo)恢復(fù)細(xì)胞遷移到損傷部位來更好地再生骨骼。當(dāng)植入有骨缺損的大鼠時(shí)，圓柱形支架促進(jìn)了骨骼的再生，與許多其他最先進(jìn)的設(shè)計(jì)相比，這種骨骼更致密、體積更大、更像周圍組織。

即使沒有外部來源的干細(xì)胞或所謂的生長(zhǎng)因子的幫助，植入物也能刺激再生，這有助于促進(jìn)愈合，但也可能引入調(diào)節(jié)并發(fā)癥和副作用，從炎癥到不受控制的組織形成。

“到目前為止，我們還沒有發(fā)現(xiàn)任何支架的性能比我們的更好，”UNMC 外科教授、內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校機(jī)械和材料工程教授謝經(jīng)緯博士說。“結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵。”

這種標(biāo)志性結(jié)構(gòu)源于最近的一項(xiàng)工程突破，由謝博士帶頭，將一種有前途但有限的二維方法轉(zhuǎn)變?yōu)?3D 奇跡。

謝博士說，在此之前，許多實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)由納米纖維制成的二維植入物，這些纖維排列成孔。理想情況下，骨髓干細(xì)胞會(huì)滲入這些毛孔并最終形成具有類似于天然相鄰骨骼的結(jié)構(gòu)的組織。但工程師們經(jīng)常努力打造足夠大或有組織的毛孔，以使細(xì)胞能夠持續(xù)通過并隨后形成構(gòu)成骨骼的組織卷須。

因此，在高中數(shù)學(xué)概念的啟發(fā)下，謝博士著手制造具有更大、更不隨意、更可通行的毛孔的 3D 支架。這個(gè)概念稱為旋轉(zhuǎn)實(shí)體，它展示了任何 2D 曲線(矩形、三角形、圓形)如何圍繞軸旋轉(zhuǎn)以形成數(shù)學(xué)實(shí)體。例如，旋轉(zhuǎn)矩形形成圓柱體，而三角形形成圓錐體，圓形形成球體。

謝博士的團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用了這一原理，將一塊矩形、毫米級(jí)的納米纖維堆疊墊，用熱量將一端固定在一起，就像書脊一樣，然后將墊子浸入一種溶液中，使這些纖維膨脹。最終，松散的一端散開形成一個(gè)圓柱體，其納米纖維和相關(guān)的孔隙像車輪的輻條一樣從中心向外輻射。

研究人員懷疑，徑向布局會(huì)鼓勵(lì)來自損傷部位周圍的各種類型的細(xì)胞向其中心遷移，在此過程中形成組織網(wǎng)絡(luò)。為了測(cè)試它，他們將放射狀支架嵌入大鼠上顱骨缺失的骨塊中，評(píng)估 4 周和 8 周后的再生情況。

在這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，與對(duì)照組和植入膠原海綿(一種常用植入物)的組相比，橈骨支架再生的骨骼覆蓋了更多的損傷部位。

“我們發(fā)現(xiàn)徑向排列的納米纖維在這種情況下確實(shí)可以增強(qiáng)骨再生，尤其是顱骨，”謝博士說。“尤其是前四個(gè)星期，我們看到了顯著差異。它可以在很短的時(shí)間內(nèi)開始促進(jìn)骨骼再生。”

標(biāo)簽： 生物工程支架