研究人员开发出可再生骨骼的"骨绷带"
研究人员开发出可再生骨骼的"骨绷带"
压电材料在施加机械应力时会产生电荷。骨骼就是一种压电材料。由于骨具有电微环境，电信号在骨修复过程中发挥着重要作用，可有效促进骨再生。然而，骨再生是一个复杂的过程，依赖于机械、电气和生物成分。目前的骨再生策略，如释放生长因子的移植物或支架，都有其局限性，如供体部位的并发症、有限的可用性和高昂的成本。现在，韩国科学技术院（KAIST）的研究人员开发出了一种开创性的骨再生方法，它将压电和一种天然存在于骨骼中的矿物质结合在一起。羟基磷灰石（HAp）是骨骼和牙齿中的一种矿物质，在骨骼结构强度和再生中发挥作用。它通常被添加到牙膏中，用于重新矿化牙釉质和强化牙齿。研究发现，HAp 能促进成骨（骨形成），为新骨生长提供支架。它还具有压电特性和粗糙的表面，是制作骨生长支架的理想材料。因此，研究人员制作了一个独立的仿生物支架，将HAp集成到聚合物薄膜聚偏氟乙烯-三氟乙烯（P(VDF-TrFE)）的压电框架中。这种独立的支架在施加压力时会产生电信号，这使得这种方法有别于以往将HAp和P(VDF-TrFE)结合在一起的研究，后者仅限于金属假体的涂层。他们说，研究人员的新方法为骨再生提供了一个多功能平台，超越了表面结合应用。对含有和不含HAp的支架进行体外比较后发现，HAp支架上的细胞附着率要高出10%至15%。细胞培养五天后，HAp 支架上的细胞增殖率提高了 20% 至 30%，成骨水平提高了约 30% 至 40%。研究结果表明，HAp 最大限度地提高了支架的压电特性，并创造了一种类似于人体细胞外基质的环境，细胞外基质是所有组织的非细胞成分，它提供了组织再生所需的基本物理结构和重要线索。(d）显微 CT 图像显示使用不同支架的小鼠头骨的骨再生情况；（e）支架植入后 2、4 和 6 周的骨量和面积 Joo 等人研究人员随后在小鼠身上测试了他们的 HAp/P(VDF-TrFE)支架，将其置于动物头骨（小腿骨）的缺损处。支架维持了六周，没有发生变形。所有小鼠都存活了下来；没有观察到任何不良反应，包括感染或炎症反应。植入两周、四周和六周后，与对照组没有骨形成相比，安装了HAp支架的小鼠的骨再生能力明显增强。该研究的通讯作者之一 Seungbum Hong 说："我们开发出了一种基于 HAp 的压电复合材料，它可以像'骨绷带'一样加速骨再生。这项研究不仅为生物材料的设计提出了新的方向，而且在探索压电性和表面特性对骨再生的影响方面也具有重要意义。"这项研究发表在《ACS 应用材料与界面》杂志上。 ...
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