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改进用于骨再生的生物材料设计

导读面部和头骨的骨损伤(称为颅颌面缺陷)可由运动损伤、车祸或战场伤害引起。修复此类缺陷很复杂,因为不同类型的细胞需要彼此相互作用。在一项

面部和头骨的骨损伤(称为颅颌面缺陷)可由运动损伤、车祸或战场伤害引起。修复此类缺陷很复杂,因为不同类型的细胞需要彼此相互作用。在一项新研究中,研究人员正在调查重建中使用的材料类型,以确定哪种材料效果最好。

全世界每年发生超过 200 万例骨移植手术。CMF 骨缺损通常形状不规则,这就是为什么经常使用再生生物材料修复它们的原因。哈雷实验室开发的胶原支架生物材料含有骨骼中的成分,如钙和磷酸根离子,以及称为糖胺聚糖 (GAG) 的糖化合物。

“我们的实验室专注于开发可降解的生物材料——也称为支架——用于骨骼和组织修复,”哈雷实验室的研究生 Vasiliki Kolliopoulos 说。“骨骼环境中有许多类型的细胞有助于愈合,包括形成骨骼的干细胞和有助于免疫反应的单核细胞。这项研究调查了支架材料如何影响这些不同细胞的组合行为。”

研究人员采用了一种胶原生物材料,以包含在骨组织微环境中发现的三种不同类型的 GAG 之一:硫酸软骨素、6-硫酸软骨素和肝素。然后,他们研究了这些 GAG 如何影响对骨再生很重要的过程,如干细胞活性、免疫细胞活化和内皮细胞活性,这对新血管的形成很重要。

为此,将干细胞添加到支架中,并收集周围溶液或培养基长达 21 天。干细胞是强大的分子工厂,可能会影响伤口环境中的其他细胞。收集后,将条件培养基添加到血管中发现的内皮细胞培养物中。“骨骼再生需要血管的生长,很少有人研究过支架材料如何影响内皮细胞以及它如何改善骨骼修复,”哈雷实验室的前研究生 Marley Dewey 说。

研究人员跟踪了内皮细胞的生长 6-12 小时。“虽然已知肝素会直接影响血管形成,但令我们惊讶的是,与其他两种支架相比,由干细胞在 6-硫酸软骨素支架中产生的培养基导致了最多的血管发育,”Kolliopoulos 说.

还研究了条件培养基以确定有助于血管和骨骼发育的分子类型,称为可溶性因子。最后,研究人员将条件培养基添加到单核细胞中,并跟踪它们的生长 21 天,以测量它们变成的免疫细胞的类型。他们发现每种支架类型的可溶性因子的类型和数量都不同,硫酸软骨素培养基产生的免疫细胞数量最多,有助于炎症反应。

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