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骨绷带吸收修复性生化物质以加速修复

杜克大学(Duke University)的研究人员设计了一种绷带,该绷带可以在骨折处捕获并保留一种有助于愈合的分子,从而加速和改善自然愈合过程。

在一项针对小鼠的原理验证研究中,绷带帮助加速了愈伤组织的形成和血管形成,从而在三周内实现了更好的骨骼修复。

骨绷带吸收修复性生化物质以加速修复

研究指出了一种改善损伤后骨修复的通用方法,该方法可应用于医疗产品,例如可生物降解的绷带,植入物涂层或用于严重缺陷的骨移植。

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Shyni Varghese 正在研究流行的磷酸钙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中起着特别重要的作用。

经过进一步的研究,他们发现人体会自然地用促愈合腺苷分子淹没新骨损伤周围的区域,但是这些局部高水平的分子很快就会被代谢,并且不会持续很长时间。Varghese想知道,将这些高水平维持更长的时间是否会有助于治愈过程。

Varghese说:“腺苷在人体中普遍存在,水平很低,并且执行许多与骨骼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使腺苷定位在受损组织上并保持适当的水平。

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的时间。她和Varghese实验室的研究生 Yuze Zeng 设计了一种生物材料绷带,该绷带直接应用于断裂的骨骼,该骨骼包含吸附在腺苷上的硼酸分子。但是,分子之间的键不会永远持续下去,这使腺苷从绷带中缓慢释放而不会在体内其他部位积聚。

在当前的研究中,Varghese及其同事首先证明了掺入硼酸盐的多孔生物材料能够捕获受伤后腺苷的局部激增。然后,研究人员用绷带包扎了绷带以捕获宿主自身的腺苷,或者将预先装载有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要快于未准备好捕捉腺苷的绷带的小鼠。三周后,虽然研究中的所有小鼠均表现出愈合,但用任一种腺苷绷带包扎的小鼠表现出更好的骨形成,更高的骨量和更好的血管形成。

结果表明,用腺苷捕获的绷带不仅可以促进愈合,而且无论是捕获天然腺苷还是对其进行人工加载均可起作用,这对于治疗与衰老和骨质疏松症相关的骨折具有重要意义。

尤兹说:“我们以前的工作表明,骨质疏松症患者的骨头骨折时不会产生腺苷。” “这些早期结果表明,这些绷带可以帮助运送所需的腺苷来修复伤口,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种发展方向。例如,他们想象一种可生物降解的绷带,可以捕获腺苷以帮助治愈骨折的骨头,然后分解成体内。或对于骨质疏松症患者而言,可以在遭受重复伤害的部位重新装填腺苷的永久性绷带。他们还设想了一种带有腺苷的润滑凝胶,该凝胶可以帮助防止因与关节重建手术或其他医疗植入物相关的磨损而造成的骨骼伤害。

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,但是我们还有很长的路要走。” “绷带可以被设计成更有效地捕获并保留腺苷。当然,我们还必须找出这些结果是否对人体有效或可能引起任何副作用。”

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