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研究人员开发出具有较少副作用的软组织替代品

发布时间:2019-05-16 16:41:56 来源:

整形外科医生和材料科学家团队在治疗软组织缺损的常见临床问题方面取得了重大进展。他们发明了一种合成的软组织替代品,它具有良好的耐受性并可促进软组织和血管的生长。这种新材料保持其形状而不会过于致密,克服了当前组织填充物的挑战,这些填充物往往太软或太多不足以让细胞移入并开始再生组织。关于这项工作的报告今天出现在科学转化医学中。

“作为整形外科医生,我每天都会看到患者因癌症手术,创伤或其他疾病而失去皮肤,脂肪和肌肉等软组织。目前我们的选择仅限于植入物,这些植入物受到纤维化和其他问题的困扰,或者是”借用“来自身体其他部位的组织也可能导致畸形,”约翰霍普金斯大学医学院塑形和整形外科讲师,约翰霍普金斯大学医学博士Sashank Reddy博士说。科技风险投资。

“大自然憎恶真空,软组织缺陷可以收缩,变形并填充疤痕。为了重建这些缺陷,我们经常通过称为脂肪移植的过程将脂肪从身体的一部分移动到另一部分。这并非总是如此成功,因为通常一半的移植脂肪会在移植后死亡,而且通常很难预测这些程序的效果如何,“医学博士,MBA,临床操作副主席兼塑料与副教授Justin Sacks说。约翰斯霍普金斯大学医学院的重建外科。

几年前,Reddy和Sacks联系了毛海泉,他们开发了一种材料,可以让他们做更少的侵入性手术来代替丢失的软组织。他们希望找到一种更好的方法来帮助患者,同时避免一些手术风险。

“从工程学的角度来看,这是一个有趣的问题,”约翰霍普金斯大学学院工程与生物医学工程学院材料科学与工程教授,海泉全博士说。医学和约翰霍普金斯大学纳米生物技术研究所副主任。“通常,足够多孔的细胞在内部扩散的凝胶状材料太软而不能保持其形状,并且当放置在软组织缺陷中时能够保持其形状的材料相反对于细胞来说过于密集。我们真的需要合成一种柔软多孔但有弹性的新材料 - 几乎就像脂肪组织或Jell-O一样。“

由于脂肪通常用于在重建手术过程中填充空间,因此团队首先检查脂肪的结构和物理特性。他们使用真正的人类脂肪和动物脂肪,并测量了它的一切 - 它有多弹性,多粘和多么有弹性。他们还研究了它的微观结构,它由聚集在纤维基质周围的大细胞组成 - 细胞外基质 - 赋予脂肪组织形状和稳定性。一旦他们进行了这些测量,他们就开始进行实验。他们推断这种材料需要安全且耐受性良好,因此他们开始使用由透明质酸制成的所谓水凝胶,透明质酸是人体细胞外基质中天然存在的成分。进一步,透明质酸已经在美国90%以上的商业化妆品皮肤填充剂中使用。但毛说,单独使用水凝胶不能保持其形状,同时保留多孔性。相反,它会在身体修复部位变得太容易变形。因此,他们在水凝胶中添加了另一种材料,以帮助它增加一些硬度。研究小组转而使用聚己内酯(PCL)纤维,这种纤维与一些可再吸收的针脚使用的材料相同。

“这些纤维大约是人类头发直径的百分之一,但即使在那么大小的情况下,我们知道我们必须限制使用量。过多而且所得到的材料太厚而无法通过细针注射, “约翰霍普金斯大学材料科学与工程博士后研究员拉塞尔·马丁博士说,他是该项目的先驱。因此,他们将纤维分解成短片,将它们混合到水凝胶中,并通过化学反应,使纤维与水凝胶结合形成所谓的复合物。

为了使复合材料按预期工作,它必须与周围组织的刚度相匹配,但是足够多孔,以使组织中的细胞移入。因此,该团队首先尝试实验室培养的人体血管细胞和脂肪干细胞以确定哪种条件有利于细胞渗透到复合材料中生长。他们将纯水凝胶与新型复合材料进行了比较,两者具有相似的刚度。他们发现细胞不能穿透纯水凝胶,但不仅细胞能够进入复合材料,它们还形成了看起来像血管的网络。

“我们在复合材料中发现,纳米纤维分散良好并形成了类似于脂肪的结构,所以这真的很令人鼓舞,”雷迪说。然后,他们通过将其注射到大鼠皮肤下来测试复合物。在几周的时间内,注射复合物的大鼠在注射的复合物内形成新的血管,而仅注射水凝胶的大鼠没有显示出显着的血管形成。

因此,该团队希望使用复合材料模拟软组织修复方案,看看它的效果如何。使用兔子,他们从侧翼移除1立方厘米的脂肪,然后用复合物或水凝胶注射相同的部位。该体积模仿目前在临床脂肪移植中转移的单个脂肪滴。结果模拟了在大鼠实验中看到的结果,其中组织向内生长得更好。

“我们对这种材料感到非常兴奋,因为它为未来其他类型的研究和用途提供了良好的基础,”Reddy说。

“作为一名工程师,我们常常发明一些东西,然后试图让人们使用它。在这种情况下,需要来自诊所的病人和外科医生,我们把它带到了替补席上,现在我们在将解决方案带回诊所的方法;我们几乎完全循环,“毛说。

该团队希望在一年内测试这种复合材料用于软组织缺损的患者。

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