新的繃帶吸收促進愈合的分子來改善骨骼修復
杜克大學的研究人員設計了一種繃帶,在骨折部位捕捉并持有一個促進愈合的分子,以加速和改善自然愈合過程。
在一項對小鼠的原理性研究中,繃帶有助于加速愈傷組織的形成和血管化,以在三周內實現(xiàn)更好的骨修復。
研究指出了一種改善損傷后骨修復的一般方法,可應用于可生物降解繃帶、植入物涂層或關鍵缺陷的骨移植等醫(yī)療產品。
研究結果于12月12日在《先進材料》雜志上公布。
2014年,杜克大學生物醫(yī)學工程、機械工程和材料科學以及骨科教授施尼·瓦爾吉斯(Shyni Varghese)正在研究由磷酸鈣制成的流行生物材料如何促進骨骼修復和再生。她的實驗室發(fā)現(xiàn),生物分子腺苷在刺激骨骼生長方面起著特別大的作用。
經(jīng)過進一步的研究,他們發(fā)現(xiàn)身體自然會用促進愈合的腺苷分子淹沒新的骨損傷周圍的區(qū)域,但這些局部高水平的細胞很快就會被代謝,而且不會持續(xù)很長時間。Varghese想知道將這些高水平維持更長時間是否有助于愈合過程。
但有一個陷阱。
腺苷是普遍存在于全身的低水平,并執(zhí)行許多重要的功能,與骨愈合無關。為了避免不必要的副作用,我們必須找到一種方法,使腺苷定位于受損的組織和適當?shù)乃健?/p>
Shini Varghese,杜克大學教授
Varghese的解決方案是讓身體決定腺苷的水平,同時幫助生化棒在傷害周圍延長一點。她和Varghese實驗室的研究生Yuze Zeng設計了一種生物材料繃帶,直接應用于斷裂的骨頭上,其中含有硼酸分子,這些分子抓住了腺苷。然而,分子之間的鍵不會永遠持續(xù),這允許從繃帶中緩慢釋放腺苷,而不會積聚在身體的其他地方。
在目前的研究中,Varghese和她的同事首先證明了與硼酸鹽結合的多孔生物材料能夠捕捉到損傷后腺苷的局部激增。然后,研究人員用準備好的繃帶捕捉宿主自己的腺苷或用腺苷預先負載到小鼠脛骨骨折的繃帶。
一個多星期后,用這兩種繃帶治療的老鼠比那些沒有準備捕捉腺苷的繃帶的老鼠愈合得更快。三周后,雖然研究中的所有小鼠都表現(xiàn)出愈合,但用任何一種腺苷繃帶治療的小鼠都表現(xiàn)出更好的骨形成、更高的骨體積和更好的血管化。
結果表明,腺苷繃帶不僅能促進愈合,而且無論它們是捕獲天然腺苷還是人工負載腺苷,它們都起作用,這對治療與衰老和骨質疏松癥相關的骨折具有重要意義。
尤澤說,“我們之前的工作表明,骨質疏松患者骨骼斷裂時不會產生腺苷?!斑@些早期結果表明,這些繃帶可以幫助提供所需的腺苷修復他們的傷害,同時避免潛在的副作用。”
Varghese和Yuze也看到了生物醫(yī)學應用的其他幾條路。例如,他們設想了一種可生物降解的繃帶,它捕獲腺苷,以幫助愈合骨折,然后分解到身體?;蛘邔τ诠琴|疏松患者,一個永久的繃帶,可以用腺苷重新加載在遭受反復傷害的部位。他們還設想了一種配備腺苷的潤滑凝膠,可以幫助防止與重建關節(jié)手術或其他醫(yī)療植入物相關的磨損引起的骨損傷。
“我們已經(jīng)證明這是一種可行的方法,并為未來的設備和治療申請了專利,但我們還有很長的路要走,”Varghese說。“可以設計繃帶,更有效地捕捉和保持腺苷。當然,我們還必須弄清楚這些結果是否對人類有效,或者是否會造成任何副作用?!?/p>
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