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骨骼支架支撑骨细胞和血管

围绕超短肽构建的组织工程支架为实验室研究骨再生提供了一个新平台。

在 KAUST 开发的肽自组装成软骨样水凝胶,模拟支持体内骨骼形成的天然基质。其生理相关特性使这种细胞友好型生物材料能够支持骨髓前体细胞的生长和发育。它还使管状血管成形,这是骨骼健康和修复的关键部分。

“我们的系统是一个简单、高效和稳健的模型,与天然骨组织的复杂结构非常相似,”博士说。学生 Salwa Alshehri。“使用这些基于肽的水凝胶,我们现在可以为组织工程、生物医学研究和药物测试构建 3D 疾病模型。”

由生物工程教授 Charlotte Hauser 领导的 KAUST 研究人员此前曾表明,他们的超短肽可以与 3D 打印机喷嘴中的细胞混合,形成一种生物墨水,一旦喷出,就会立即固化成所需的形式2。但目前尚不清楚合成材料是否能够维持骨骼发育的全部复杂性,包括骨骼特异性干细胞的粘附、扩散和分化,以及营养转移和代谢废物清除所需的血管侵入。

Alshehri 对该平台进行了测试。她和豪瑟,以及博士。学生 Hepi Hari Susapto 通过改变混合物中肽的浓度来微调水凝胶的刚度。一旦他们具有适合骨骼生长的机械特性,研究人员就会用骨髓来源的间充质干细胞接种支架。在这些 3D 结构中,细胞保持了自我更新的能力,并且在适当的条件下,可以转化为骨形成骨细胞。

KAUST 团队更进一步。研究人员将取自人脐静脉的细胞添加到他们的微型骨支架中,发现这种材料也可以支持血管形成的密集网络。“我们的模型成功地适应了一种以上的细胞类型,而不会影响它们的生存能力,”Alshehri 说,他现在希望开发更复杂的骨组织模型以在动物模型中进行评估,并最终作为骨病患者的再生疗法.

Alshehri、Hauser 和他们的同事还希望将该平台扩展到其他医疗应用,而不仅仅是骨骼再生。“由于血管是天然组织的一个组成部分,”Alshehri 说,“在这些水凝胶中成功的 3D 内皮细胞培养对组织工程应用具有广阔的前景。”

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