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外科学
打一针让身体再生
      本报讯 车祸、战争创伤和外科手术会在人体软组织上留下伤口,这些伤口往往由于太大而难以被身体自行修复。如今,研究人员开发出一种由纳米纤维强化的可注射凝胶,它可以充当支架并召集身体的伤口愈合细胞,从而重建缺失的肌肉和结缔组织。
      迄今为止,研究人员只在老鼠和兔子身上测试了这种新凝胶。但如果在人体中也能发挥同样的作用,它将为整形外科医生提供一种快速简便的方法,帮助患者在避免瘢痕或畸形的情况下再生失去的组织。
      美国马里兰州巴尔的摩市约翰斯·霍普金斯大学医学院整形外科医生Sashank Reddy说:“软组织损伤是临床医学中普遍存在的问题。”外科医生可以将软组织从身体的另一个区域移植到受伤部位。但这会导致病人的创伤和身体其他部位的组织损失。外科医生也可以植入人造移植物,但免疫细胞通常会将这些植入物隔离,留下厚厚的纤维状疤痕。
      Reddy说:“作为整形外科医生,我每天都会遇到因癌症手术、受伤或其他疾病而失去皮肤、脂肪和肌肉等软组织的患者。目前我们的选择仅限于植入物或者从身体其他部位‘借用’组织,前者可能会发生纤维化和其他问题,而后者可能导致畸形。”
      还有一种凝胶状填料。当伤口很小时——通常只有手指尖大小,外科医生会注射一种由透明质酸(HA)制成的凝胶,这种凝胶可以被名为巨噬细胞的免疫细胞渗透。当巨噬细胞渗入这种凝胶并遇到HA分子时,它们通常会发出信号,召集血管形成细胞和其他细胞帮助修复损伤部位。但对于组织上较大的伤口而言,HA凝胶通常由于太过黏稠而无法保持形状。
      研究人员试图通过连接凝胶分子来强化凝胶。但为了使凝胶足够坚固——从而像软组织一样活动,研究人员必须添加许多连接以创建一个坚固的三维网格。但这样一来,凝胶由于孔隙太小而无法使巨噬细胞和其他细胞穿过。
      “它改变了生物学。”并未参与该项研究的约翰斯·霍普金斯大学生物医学工程师Jennifer Elisseeff说。因此,巨噬细胞会释放信号导致疤痕组织生成。
      如今,Reddy和他的同事想出了一个更好的方法来增强HA凝胶。研究人员首先用一种可降解聚合物(聚已酸内酯)制造出纳米纤维,这种聚合物已在可溶解缝合线中使用了数十年。然后,他们对这些纤维进行了处理,使其中一些含有用来与HA结合的分子连接剂。一个长达数小时的过程在分子连接剂与HA分子之间形成了化学键,最终产生了一种和软组织一样有弹性的凝胶。而且,就像钢筋加固混凝土一样,凝胶只需要一小块纳米纤维就能变得坚硬。少量纳米纤维意味着凝胶仍然有足够大的间隙,可以让巨噬细胞轻易通过。Reddy说,由此产生的三维网格与人体细胞外基质有惊人的相似之处,后者是正常软组织的天然支架。
      为了测试他们的新材料,Reddy和他的同事将其注射到兔子体内——在材料变硬之前,动物的一些脂肪已经被手术切除。结果显示,这些凝胶不仅在凝固时形成了缺失组织的形状,而且在凝固后,巨噬细胞很容易渗透到凝胶中,并释放出信号,召集血管形成细胞等。
      研究人员在5月1日出版的美国《科学—转化医学》杂志上发表报告称,这些动物能够重建10立方厘米大小的组织块,相当于一根人类手指的大小。
      并未参与该项研究的加利福尼亚大学洛杉矶分校生物工程师Ali Khademhosseini说,这种新凝胶是“科学的前沿”。他指出,与其他凝胶不同的是,这种凝胶不包括生长因子和其他生物信号分子,而是依靠身体自身。Khademhosseini表示,这种简单性可以使这种凝胶更容易通过美国食品和药物管理局的审查。
      Reddy说:“我们发现复合材料中纳米纤维展开良好且形成了类似于脂肪的结构,这真的很令人鼓舞。”
      这种凝胶还可以帮助修复具有特定功能的软组织,比如心肌细胞。约翰斯·霍普金斯大学生物材料专家、研究小组成员Hai-Quan Mao说,研究人员希望在基质中植入形成心脏组织的干细胞,从而帮助修复心脏病发作后的组织损伤。
      这一技术还在研究阶段,该团队希望于1年内在软组织缺损患者中测试这种复合材料。与此同时,研究人员已经成立了一家名为LifeSprout的公司,以便将这项技术商业化。
      相关论文信息:
      DOI:10.1126/scitranslmed.aau6210
      
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中国科学报
2019年05月07日

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