生物工程师开发混合水凝胶系统，以帮助愈合骨骼

时间：2021-07-20 09:52:01 来源：

这是通过工程化细胞外基质形成的软骨模板形成。

uconn健康研究人员团队设计了一种新颖的混合水凝胶系统，以帮助解决在受伤情况下修复骨骼的一些挑战。由骨科外科悉尼亚悉尼亚州核心核武器副教授领导的Uconn健康团队描述了他们在最近的生物医学材料研究杂志上的调查部分 - B部分，工作是在期刊封面上的推荐。

成人人类骨架中有200多个骨骼，大小范围从几毫米的长度到脚。如果受伤变化，这些骨骼如何以及如何修复它们，并且对再生医学领域的许多研究人员构成挑战。

涉及人体骨骼发育的两种过程有助于我们身体形式的所有骨骼成长。这些过程分别称为Intramermbranous和Contochondral ossification，IO和EO。虽然它们都是至关重要的，但IO是负责形成扁骨的过程，而EO是形成像股骨和悍马这样的长骨头的过程。

对于这两个方法，需要通用间充质干细胞（MSCs）以引发新骨的生长。尽管存在这种相似之处，因此，由于MSCs可以直接区分或者将专业化，在骨形成的细胞中，IO在实验室中重新创建，因此IO在没有采取任何额外步骤的情况下重新创建。

然而，这种相对简单性具有局限性。为了规避与IO相关的问题，uconn健康团队旨在开发一种工程细胞外基质，使用水凝胶引导并通过EO形成骨骼的形成。

“迄今为止，很少有研究一直专注于矩阵设计，以重新生成和修复长骨头，”努卡纳瓦说，在生物医学工程与材料科学与工程部门举行联合任命。“通过开发杂交水凝胶组合，我们能够形成能够支持软骨模板形成的工程化细胞外基质。”

Nukavarapu注意到血管化是节段骨缺损修复和再生的关键。IO形成骨的主要问题是由于缺乏血管引起的，也称为血管化。这意味着IO能够再生足够的骨组织来应用于由骨质疏松症等创伤或退行性疾病导致的大的骨缺陷。虽然许多研究人员已经尝试了各种策略，但成功地血管化骨骼再生，仍然是IO的重点挑战。

另一方面，由于软骨模板，软骨细胞肥大和最终骨组织形成，血管化是EO的自然结果。

虽然IO的简单性导致局限性，但EO的好处导致复杂的平衡行为。EO需要精确的空间和时间协调不同元素，如细胞，生长因子和细胞外基质，或支架，其在其上，其在MSCs附着，增殖和分化的情况下。

为了在实验室中实现这种微妙的平衡，Nukavarapu和他的同事合并两种熟知的两种材料，鼓励组织再生 - 纤维蛋白和透明质酸 - 为长骨形成产生有效的细胞外基质。纤维蛋白凝胶模仿人骨间充质干细胞，并促进它们的缩合，这是将MSC分化为软骨菌细胞所必需的。透明质酸，一种天然存在的生物聚合物，模仿过程的后期阶段，其中分化的软骨发生细胞生长和增殖，也称为肥大嗜可能性化软化分化。

研究人员预期具有肥厚软骨细胞的软骨模板将释放骨骼和血管形成因素，并且还将引发血管化骨形成。Nukavarapu说“使用软骨模板矩阵将导致新型骨修复策略的发展，这些骨骼修复策略不涉及有害生长因素。”

虽然仍处于早期研究阶段，但这些发展持有未来的创新承诺。

“博士Nukavarapu的工作不仅讲述了Uconn的教师的优越，而且还涉及到他们研究的潜在的真实应用，“Uconn和Uconn Health副总裁Radenka Maric说。“uconn实验室与这些类型的创新嗡嗡作响，有助于在医疗保健，工程，材料科学和许多其他领域进行科学突破。”

研究人员接下来计划将杂交细胞外基质与承载支架集成，以开发适合于长骨缺损修复的软骨模板。根据Nukavarapu的说法，Uconn研究团队希望这是形成具有所有正确成分的肥厚性软骨模板的第一步，以引发骨组织形成，血管化，重塑，最终建立功能性骨髓来修复长骨缺陷通过EO。

出版物：Paiyz E.Mikael等，“软骨介导的骨再生杂交细胞外基质设计”，生物医学材料研究 - B部分B，2018; DOI：10.1002 / jbm.b.33842

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