软骨材料生物支架

软骨的意义,就像南极冰川一样,可能得等到它消失以后才能深刻体会到它的重要性。健康的软骨默默工作着,作为人体的减震器以及促进关节滑动;但是,它也会随着年龄的增加持续的磨损,尤其是像膝盖那样经常承受高压力条件的关节。

不幸的是,软骨的结构组成严重制约了它受损以后的愈合能力。目前,对于软骨疾病的典型治疗方法都是通过手术移植一个合成材料制成的假体,而这种假体往往生物相容性比较差,而且容易使机体产生排异反应。作为潜在的解决方案,Dong-An Wang教授和同事们发展了一种新的替代方式,完全采用真正的软骨材料,也许将会彻底革新未来这个领域的治疗方式。

制备这样一种大尺度的组织,一般是一层一层程序性的建立框架结构。但是,这个方法很乏味,在每个制备步骤都有增加组织被污染的可能性——而且,这种类型软骨的生物力学性能非常容易受到其纯度的影响。在科学家们的新方法中,使用的是多孔的明胶样水凝胶组成临时支架。

当软骨细胞在这个临时支架上生长以后,水凝胶可以使用常规的化学方法溶解。水凝胶的溶解过程担负了双重责任:在去掉所有非软骨成分的同时,为软骨细胞的继续生长和繁殖提供了通透的孔洞。这个新过程创造了一个真正的软骨支架,为促进愈合和与主体的无缝对接提供了绝佳的条件。

为了测试这个方案,科学家们在新西兰白兔体内进行了一项评估试验:将新结构插入到白兔的膝盖内。之所以选择白兔,是因为白兔膝盖的解剖学结构和人非常相似。而且,兔的膝盖比小鼠和大鼠的都要大,所以比较容易获得足够体积的组织用来进行对设定治疗方法的评价。在这项实验中,在膝盖的软骨上制造了一个小的伤口,然后植入支架,分别观察植入后50天到100天的愈合程度。后续的评估表明移植以后植入物与主体的生物相容性很好,而且愈合程度增加。血液测试也显示没有发生植入异物时通常会产生的免疫排斥反应。这些结果共同表示,科学家们制备出了一种成功的软骨支架。未来在更大的动物上的更多实验,可能可以将这类治疗方案最终应用于人类,这将是软骨治疗领域的一个巨大进展。

k. Su et al., Adv. Func. Mater. 2012, DOI: 10.1002/adfm.201102884

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