生物工程支架引導內(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)布拉斯加大學林肯分校的研究人員設計的再生植入物可以幫助修復身體創(chuàng)傷、手術或骨質(zhì)疏松癥后的深骨損傷。

該團隊最近在《科學進展》雜志上詳細介紹了其研究結(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，其設計可以通過有效引導恢復細胞遷移到損傷部位來更好地再生骨骼。當植入有骨缺損的大鼠時，圓柱形支架促進了骨骼的再生，與許多其他最先進的設計相比，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胞或所謂的生長因子的幫助，植入物也能刺激再生，這有助于促進愈合，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)布拉斯加大學林肯分校機械和材料工程教授謝經(jīng)緯博士說。“結(jié)構(gòu)是關鍵。”

這種標志性結(jié)構(gòu)源于最近的一項工程突破，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，許多實驗室正在開發(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，骨髓干細胞會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。這個概念稱為旋轉(zhuǎn)實體，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)學實體。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。

謝博士的團隊應用了這一原理，將一塊矩形、毫米級的納米纖維堆疊墊，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圓柱體，其納米纖維和相關的孔隙像車輪的輻條一樣從中心向外輻射。

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

在這兩個時間點，與對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可以增強骨再生，尤其是顱骨，”謝博士說。“尤其是前四個星期，我們看到了顯著差異。它可以在很短的時間內(nèi)開始促進骨骼再生。”

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