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科學家利用奈米纖維支架和電流成功再生膝關節軟骨

科學家利用奈米纖維支架和電流成功再生膝關節軟骨
  • 生物工程師在兔子的膝蓋中再生軟骨,如果結果適用於人類,這可能有望治癒關節。 

  • 失去關節軟骨的最佳治療方法是嘗試用從身體其他部位或捐贈者身上取出的健康軟骨來替換受損的軟骨。 但健康的軟骨供應有限。

  • 現在,研究人員嘗試再生關節本身的軟骨,他們發現電訊號是正常生長的關鍵。 

  • 他們設計了一種由奈米纖維製成的組織支架,具有壓電特性。 壓電是人體也存在的現象。 骨頭、軟骨、膠原蛋白、DNA 和各種蛋白質都具有壓電反應。

  • 當鷹架受到擠壓時(就像定期的關節運動一樣),它會產生一點電流,鼓勵細胞在其上定居並生長成軟骨。

  • 研究團隊成功地在受傷兔子的膝蓋上測試了支架,發現軟骨可以正常生長。

本文發佈在 eurekalert.org 上:[可能會根據內容或長度進行編輯]

康乃狄克大學生物工程師在 1 月 12 日出版的《科學轉化醫學》雜誌上報道稱,他們成功地在兔子的膝蓋上再生了軟骨,這是治癒人類關節的一大希望。

通常軟骨墊可以緩衝[我們的關節],但受傷或年齡會磨損它。 隨著軟骨退化,骨頭開始撞擊骨頭,走路等日常活動就會變得非常痛苦。

最好的治療方法是嘗試用從身體其他部位或捐贈者身上取出的健康軟骨來取代受損的軟骨。 但健康的軟骨供應有限。 如果它是你自己的,移植它可能會損壞它原來的位置; 如果它來自其他人,您的免疫系統可能會排斥它。

最好的治療方法是在受損的關節中重新長出健康的軟骨。 一些研究人員嘗試放大化學生長因子來誘導身體自行生長軟骨。 其他嘗試依靠生物工程支架為身體提供新鮮組織的模板。 但即使將這些方法結合起來,這兩種方法都不起作用。

「再生軟骨的行為與天然軟骨不同。 在關節的正常壓力下,它會斷裂”,康乃狄克大學生物工程師 Thanh Nguyen 說。

阮的實驗室也一直致力於軟骨再生,他們發現電訊號是正常生長的關鍵。 他們設計了一種由聚左旋乳酸(PLLA)奈米纖維製成的組織支架,聚左旋乳酸是一種可生物降解的聚合物,通常用於縫合手術傷口。 這種奈米材料具有一種稱為壓電的特性。 當它受到擠壓時,會產生一點電流。 關節的定期運動(例如人們行走)會導致 PLLA 支架產生微弱但穩定的電場,鼓勵細胞在其上定植並生長成軟骨。 不需要外部生長因子或幹細胞(具有潛在毒性或發生不良事件的風險),最重要的是,生長的軟骨具有機械強度。

該團隊最近在一隻受傷兔子的膝蓋上測試了支架。 植入支架後,讓兔子在跑步機上跳躍運動,正如預測的那樣,軟骨恢復正常。 「壓電是人體中也存在的一種現象。骨骼、軟骨、膠原蛋白、DNA 和各種蛋白質都有壓電反應。我們治療軟骨​​的方法具有高度臨床轉化性,我們將研究相關的治療機制” ,說劉陽博士是 Nguyen 課題組的博士後研究員,也是該論文的主要作者。

結果令人興奮,但 Nguyen 很謹慎。

阮說:「這是一個令人著迷的結果,但我們需要在更大的動物身上進行測試,」一種尺寸和重量更接近人類的動物。 他的實驗室希望觀察接受治療的動物至少一年,可能兩年,以確保軟骨耐用。 在老年動物身上測試 PLLA 支架也是理想的選擇。 關節炎通常是人類老年疾病。 年輕的動物比年長的動物更容易癒合——如果壓電支架也能幫助年長的動物癒合,那麼它確實可能是生物工程的突破。 



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