植入物有望再生骨

这个团队开发了一个能进行生物降解的,纳米纤维的植入物,或断头台，其设计通过有效引导恢复细胞迁移到损伤部位，其设计可以更好地再生骨骼。当植入大鼠时骨缺损，圆柱形支架促进骨的再生，其更密集，更容易，更像是周围的组织，而不是通过许多其他最先进的设计所实现的。

即使没有外源干细胞或所谓的生长因子的帮助，这种植入物也能刺激再生，这有助于促进愈合，但也会带来调节并发症和副作用，从炎症到未经检查的组织形成。

“到目前为止，我们还没有发现任何比我们的支架性能更好的支架，”UNMC外科教授、内布拉斯加州大学林肯分校机械与材料工程礼貌教授谢景伟(Jingwei Xie)说。“结构是关键。”

这一标志性结构源于最近的一项工程突破，由谢先生牵头，该突破将一个有前途但有限的二维方法转变为一个三维奇迹。

谢说，在此之前，许多实验室都在开发2D植入物由排列成孔的纳米纤维制成。这种想法认为，理想情况下，骨髓干细胞会渗入这些孔隙，最终形成结构类似于天然相邻骨骼的组织。但是工程师们经常努力制造出足够大或有组织的毛孔，以使细胞能够持续通过并随后形成构成骨骼的组织卷须。

因此，灵感来自一所高中数学概念，谢先生旨在制造3D脚手架，较大，偶尔，可通航的毛孔。该概念称为革命的稳定性，显示了任何2D曲线 - 矩形，三角形，圆形 - 可以围绕轴旋转以形成数学实体。例如，旋转矩形形成圆筒，而三角形创建锥体，圆形制造球体。

谢的团队应用了这一原理，将一块由纳米纤维堆叠而成的矩形、毫米级的垫子，通过加热将一端固定在一起，就像书脊一样，然后将垫子浸入一种溶液中，使这些纤维膨胀。最终，松散的一端成扇形，形成一个圆柱体，其纳米纤维和相关的孔隙像车轮的辐条一样从中心向外辐射。

研究人员怀疑径向布局将鼓励各种类型的损伤部位各种类型的细胞迁移到其中心，在该过程中形成组织网络。为了测试它，它们将径向支架嵌入大鼠上头颅中缺失的骨骼中的缺失，评估了四到八周后的再生。

在这两个时间点上，桡骨支架的再生骨覆盖了比对照组和胶原海绵(一种常用的植入物)组更多的损伤部位。

“我们发现径向对齐的纳米纤维可以真正增强这种情况下的骨再生，特别是在颅骨上，”谢说。“前四周，特别是，我们看到了显着差异。它可以在非常短的时间内开始促进骨再生。“

再生骨骼以钙为特征，例如钙，对健康骨形成至关重要。它显着更密集和较厚，这意味着它可以帮助解决症状骨质疏松症．它以放射状排列生长，与支架的排列非常相似，这表明细胞实际上是沿着气孔生长的。当欧洲的同事基于由此产生的生长对机械应力进行模拟时，再生的骨头的轮廓与健康的颅骨相似，这表明前者可能和后者一样能够承受压力。

On top of all that, bone marrow cells that were cultured on the team’s scaffold boasted naturally higher levels of multiple growth factors, including bone morphogenetic protein 2, or BMP-2 — a form of which has been used in combination with collagen sponges to stimulate bone growth. Other emerging regenerative approaches — 3D-printed scaffolds, aerogels, injectable hydrogels — often incorporate externally sourced BMP-2, too. Even so, those put to the test in rats have failed to stimulate growth as well as the Nebraska team’s design, Xie said.

他说，可生物降解植入物可以刺激这种生长的植入物，可以使任何外部生物制剂刺激任何外部生物制剂，可以使其在最终获得美国食品和药物管理局的批准。还在努力工作：该团队从已经广泛用于FDA批准的生物医学设备中广泛使用的涤纶制成植入物。

谢说，如果它最终转化为一种临床应用，这种植入物将被证明是一种比传统方法更具吸引力的替代方法。其中包括同种异体骨移植（包括从捐赠者那里植入骨碎片）和自体骨移植（包括从自己身体中获取一段骨并将其移植到受伤部位）。后者需要多次手术，除其他问题外，可能会降低所采集骨骼的功能。

谢说，该团队最近的实验可以预览植入物的首次直接应用。“最终，这个想法是（即）也许我们可以生成一个基本上只是气缸脚手架的产品，主要关注神经外科应用，”他说。“因为很多神经外科在进行手术之前，他们需要在颅骨上钻一个洞。之后，他们需要修补这个漏洞。”

为了帮助他们的设计从替补席上到床头，谢及其同事现在正在训练他们的眼睛对大型动物试验和实验，涉及恰当地命名的长骨头 - 股骨，锁骨等。他们希望进一步优化已经将其分开的东西。“我们仍在努力优化结构，”谢说。“现在，它可以增强骨再生，但我认为我们仍然可以以某种方式改善它。”