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新的绷带吸收促进愈合的分子来改善骨骼修复

杜克大学的研究人员设计了一种绷带,在骨折部位捕捉并持有一个促进愈合的分子,以加速和改善自然愈合过程。

在一项对小鼠的原理性研究中,绷带有助于加速愈伤组织的形成和血管化,以在三周内实现更好的骨修复。

研究指出了一种改善损伤后骨修复的一般方法,可应用于可生物降解绷带、植入物涂层或关键缺陷的骨移植等医疗产品。

研究结果于12月12日在《先进材料》杂志上公布。

2014年,杜克大学生物医学工程、机械工程和材料科学以及骨科教授施尼·瓦尔吉斯(Shyni Varghese)正在研究由磷酸钙制成的流行生物材料如何促进骨骼修复和再生。她的实验室发现,生物分子腺苷在刺激骨骼生长方面起着特别大的作用。

经过进一步的研究,他们发现身体自然会用促进愈合的腺苷分子淹没新的骨损伤周围的区域,但这些局部高水平的细胞很快就会被代谢,而且不会持续很长时间。Varghese想知道将这些高水平维持更长时间是否有助于愈合过程。

但有一个陷阱。

腺苷是普遍存在于全身的低水平,并执行许多重要的功能,与骨愈合无关。为了避免不必要的副作用,我们必须找到一种方法,使腺苷定位于受损的组织和适当的水平。

Shini Varghese,杜克大学教授

Varghese的解决方案是让身体决定腺苷的水平,同时帮助生化棒在伤害周围延长一点。她和Varghese实验室的研究生Yuze Zeng设计了一种生物材料绷带,直接应用于断裂的骨头上,其中含有硼酸分子,这些分子抓住了腺苷。然而,分子之间的键不会永远持续,这允许从绷带中缓慢释放腺苷,而不会积聚在身体的其他地方。

在目前的研究中,Varghese和她的同事首先证明了与硼酸盐结合的多孔生物材料能够捕捉到损伤后腺苷的局部激增。然后,研究人员用准备好的绷带捕捉宿主自己的腺苷或用腺苷预先负载到小鼠胫骨骨折的绷带。

一个多星期后,用这两种绷带治疗的老鼠比那些没有准备捕捉腺苷的绷带的老鼠愈合得更快。三周后,虽然研究中的所有小鼠都表现出愈合,但用任何一种腺苷绷带治疗的小鼠都表现出更好的骨形成、更高的骨体积和更好的血管化。

结果表明,腺苷绷带不仅能促进愈合,而且无论它们是捕获天然腺苷还是人工负载腺苷,它们都起作用,这对治疗与衰老和骨质疏松症相关的骨折具有重要意义。

尤泽说,“我们之前的工作表明,骨质疏松患者骨骼断裂时不会产生腺苷。“这些早期结果表明,这些绷带可以帮助提供所需的腺苷修复他们的伤害,同时避免潜在的副作用。”

Varghese和Yuze也看到了生物医学应用的其他几条路。例如,他们设想了一种可生物降解的绷带,它捕获腺苷,以帮助愈合骨折,然后分解到身体。或者对于骨质疏松患者,一个永久的绷带,可以用腺苷重新加载在遭受反复伤害的部位。他们还设想了一种配备腺苷的润滑凝胶,可以帮助防止与重建关节手术或其他医疗植入物相关的磨损引起的骨损伤。

“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申请了专利,但我们还有很长的路要走,”Varghese说。“可以设计绷带,更有效地捕捉和保持腺苷。当然,我们还必须弄清楚这些结果是否对人类有效,或者是否会造成任何副作用。”

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