“Essentially it is a miniaturized bone in a dish that we can produce in a matter of 72 hours or less,” says biomedical engineer Luiz Bertassoni, D.D.S., Ph.D., an assistant professor in the OHSU School of Dentistry and a member of CEDAR, the Cancer Early Detection Advanced Research Center in the OHSU Knight Cancer Institute.
与真正的骨骼一样，材料具有填充骨细胞，神经细胞和内皮细胞的3D矿物结构，其自组织成功能血管。“出于显着的是，我们领域的研究人员已经用于培养蛋白质混合物中的细胞以近似细胞生活在体内。但这是第一次有人能够在矿物质中嵌入细胞，这是骨组织的特征，“Bertassoni说。
这也使得这种新材料有希望成为研究骨骼功能、疾病和骨骼再生的模型。“有了这个模型系统，你可以开始问一些问题，比如骨细胞如何吸引不同类型的癌症，癌细胞如何进入骨骼，骨骼如何参与骨髓功能的调节，”Bertassoni说。“它甚至可以用于解剖导致白血病等疾病的机制。”Bertassoni和博士后研究员greesma Nair博士，博士生Avathamsa Athirasala, m.s c eng一起发表了研究结果。以及其他合著者。Bertassoni说:“能够在实验室中设计出真正的骨样组织，对于再生医学来说也是革命性的，因为目前治疗大型骨折的方法需要移除患者自身健康的骨骼，以便将其植入受伤的部位。”
配方从人干细胞的混合开始，进入装有胶原蛋白的溶液中，骨组织基质中含有丰富的蛋白质。胶原蛋白蛋白链接在一起，形成嵌入干细胞的凝胶。然后研究人员用溶解的钙和磷酸盐的混合物泛滥凝胶，骨矿物质。它们添加另一个关键成分，衍生自牛奶的蛋白质骨桥蛋白，以使矿物保持过快地形成晶体。这种添加剂，其紧贴钙和磷酸盐，也使矿物质的毒性最小化。
这种混合物通过一个大约是海绵状胶原蛋白中DNA链宽度的通道网络扩散，溶解的矿物质沉淀成有序的晶体层。“我们可以将骨骼的结构复制到纳米尺度，”Bertassoni说。“我们的模型经历了和骨骼一样的生物物理形成过程。”
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在该钙化环境中，干细胞发展成功能性骨细胞，成骨细胞和骨细胞而不添加任何其他分子，好像它们都知道它们被嵌入实际骨基质中。在几天之内，越来越多的细胞通过其矿化环境中的空间挤压细长的突起，以与相邻电池连接和通信。骨状的工程结构产生微环境足以提示干细胞，即它是成熟成骨细胞的时间。“这是自然做的工作，而且很漂亮，”Bertassoni说。“所以，我们走得更远，并决定用骨血管系统和支配来试用它。”
加入混合物的神经细胞形成了相互连接的网络，这些网络在矿化后持续存在。同样，内皮细胞形成的管状网络在矿化后仍保持开放。
为了测试这种材料作为疾病模型的有效性，研究人员将他们的工程骨骼植入实验室小鼠的皮肤下。几天后，实验室制造的血管已经与老鼠体内的血管系统连接起来。当研究人员在附近注射前列腺癌细胞时，他们发现给予矿化骨结构的老鼠的肿瘤生长速度是未矿化对照组老鼠的三倍。
该团队现在是具有骨髓细胞在人造骨周围内生长的工程版本，以便使用血液癌的启动和发展，包括各种形式的白血病。此外，它们已经测试了工程化的骨状材料作为动物模型中受伤的骨骼的替代品 - 具有积极的结果，他们期望在不久的将来报告。
来源:俄勒冈州卫生与科学大学
