骨绷带吸收恢复性生化物质加快修复
杜克大学的研究人员设计了一种绷带,可以在骨折处捕获和保留促进愈合的分子,从而加速和改善自然愈合过程。
在一项对小鼠的原理性研究中,绷带有助于加速骨痂的形成和血管生成,从而在三周内实现更好的骨修复。
本文指出了一种促进骨损伤后修复的通用方法,可应用于医用产品,如生物可降解绷带、植入涂层或严重缺损的骨移植。
该结果于12月12日在线发表在《先进材料》杂志上。
2014年,杜克大学生物医学工程、机械工程和材料科学及骨科教授Shyni Varghese正在研究流行的磷酸钙生物材料如何促进骨修复和再生。她的实验室发现,生物分子腺苷在刺激骨骼生长方面发挥着特别重要的作用。
经过进一步研究,他们发现人体会自然地让促进愈合的腺苷分子充斥在新骨损伤周围的区域,但这些局部高水平的分子很快就会被代谢掉,不会持续很久。Varghese想知道维持这些高水平更长时间是否有助于愈合过程。
但是有一个问题。
Varghese说,“腺苷在人体中无处不在,其水平很低,并执行许多与骨愈合无关的重要功能。”为了避免有害的副作用,我们必须找到一种方法,将腺苷定位在受损组织上,并将其保持在适当的水平。
Varghese的解决方案是让身体决定腺苷水平,同时帮助生化物质在伤口周围停留更长时间。她和Varghese实验室的研究生Yuze Zeng设计了一种生物材料绷带,直接应用于骨折处,其中含有吸附在腺苷上的硼酸分子。然而,分子之间的键不会永远存在,这使得腺苷从绷带中慢慢释放出来,而不会在身体的其他部位积累。
在当前的研究中,Varghese和他的同事首次证明了掺杂硼酸盐的多孔生物材料可以捕获损伤后腺苷的局部激增。然后,研究人员将绷带包扎起来,以捕获宿主自身的腺苷,或者将预载腺苷的绷带用于小鼠胫骨骨折。
一个多星期后,用两种类型的绷带治疗的小鼠的愈合速度比没有用绷带制备以捕获腺苷的小鼠更快。三周后,尽管研究中的所有小鼠都显示出愈合,但用任何腺苷绷带包扎的小鼠都显示出更好的骨形成、更高的骨量和更好的血管生成。
结果表明,捕获腺苷的绷带不仅能促进愈合,还能起到捕获天然腺苷或人工负载腺苷的作用,对治疗与衰老和骨质疏松有关的骨折具有重要意义。
简自豪说,“我们之前的工作表明,当骨质疏松症患者的骨头断裂时,不会产生腺苷。”“这些早期结果表明,这些绷带可以帮助输送修复伤口所需的腺苷,同时避免潜在的副作用。”
Varghese和Yuze还看到了生物医学应用的其他几个发展方向。例如,他们想象一种可生物降解的绷带,可以捕获腺苷来帮助愈合骨折,然后将其分解到体内。或者对于患有骨质疏松症的患者,可以在遭受重复损伤的部位重新加载腺苷永久绷带。他们还设想了一种含有腺苷的润滑凝胶,可以帮助防止因关节重建手术或其他医疗植入物相关的磨损和撕裂导致的骨损伤。
Varghese说,“我们已经证明这是一种可行的方法,并为未来的设备和治疗方法申请了专利,但我们还有很长的路要走。”“绷带可以被设计成更有效地捕获和保留腺苷。当然,我们也必须弄清楚这些结果对人体是否有效,或者可能引起什么副作用。”
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