生物工程支架引导内源性骨再生

它的力量可能无法与金刚狼相媲美，但由 UNMC 和内布拉斯加大学林肯分校的研究人员设计的再生植入物可以帮助修复身体创伤、手术或骨质疏松症后的深骨损伤。

该团队最近在《科学进展》杂志上详细介绍了其研究结果，开发了一种可生物降解的、基于纳米纤维的植入物或支架，其设计可以通过有效引导恢复细胞迁移到损伤部位来更好地再生骨骼。当植入有骨缺损的大鼠时，圆柱形支架促进了骨骼的再生，与许多其他最先进的设计相比，这种骨骼更致密、体积更大、更像周围组织。

即使没有外部来源的干细胞或所谓的生长因子的帮助，植入物也能刺激再生，这有助于促进愈合，但也可能引入调节并发症和副作用，从炎症到不受控制的组织形成。

“到目前为止，我们还没有发现任何支架的性能比我们的更好，”UNMC 外科教授、内布拉斯加大学林肯分校机械和材料工程教授谢经纬博士说。“结构是关键。”

这种标志性结构源于最近的一项工程突破，由谢博士带头，将一种有前途但有限的二维方法转变为 3D 奇迹。

谢博士说，在此之前，许多实验室正在开发由纳米纤维制成的二维植入物，这些纤维排列成孔。理想情况下，骨髓干细胞会渗入这些毛孔并最终形成具有类似于天然相邻骨骼的结构的组织。但工程师们经常努力打造足够大或有组织的毛孔，以使细胞能够持续通过并随后形成构成骨骼的组织卷须。

因此，在高中数学概念的启发下，谢博士着手制造具有更大、更不随意、更可通行的毛孔的 3D 支架。这个概念称为旋转实体，它展示了任何 2D 曲线(矩形、三角形、圆形)如何围绕轴旋转以形成数学实体。例如，旋转矩形形成圆柱体，而三角形形成圆锥体，圆形形成球体。

谢博士的团队应用了这一原理，将一块矩形、毫米级的纳米纤维堆叠垫，用热量将一端固定在一起，就像书脊一样，然后将垫子浸入一种溶液中，使这些纤维膨胀。最终，松散的一端散开形成一个圆柱体，其纳米纤维和相关的孔隙像车轮的辐条一样从中心向外辐射。

研究人员怀疑，径向布局会鼓励来自损伤部位周围的各种类型的细胞向其中心迁移，在此过程中形成组织网络。为了测试它，他们将放射状支架嵌入大鼠上颅骨缺失的骨块中，评估 4 周和 8 周后的再生情况。

在这两个时间点，与对照组和植入胶原海绵(一种常用植入物)的组相比，桡骨支架再生的骨骼覆盖了更多的损伤部位。

“我们发现径向排列的纳米纤维在这种情况下确实可以增强骨再生，尤其是颅骨，”谢博士说。“尤其是前四个星期，我们看到了显着差异。它可以在很短的时间内开始促进骨骼再生。”

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