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作者：Brianna Aldrich，加州大學(xué)洛杉磯分校

來自加州大學(xué)洛杉磯分校牙科學(xué)院的生物工程師和牙醫(yī)已開發(fā)出一種新型水凝膠，與目前可用的水凝膠相比，它更具多孔性，可有效促進(jìn)組織修復(fù)和再生。一旦注入小鼠模型，新的水凝膠顯示誘導(dǎo)天然存在的干細(xì)胞遷移，以更好地促進(jìn)骨愈合。使用引入體內(nèi)的水凝膠和干細(xì)胞或昂貴的生物制劑的當(dāng)前實(shí)驗應(yīng)用可能帶來負(fù)面副作用。

該研究結(jié)果發(fā)表在“自然通訊”雜志上，該研究結(jié)果表明，在不久的將來，下一代水凝膠系統(tǒng)可以大大改善目前基于生物材料的治療方法，以修復(fù)骨缺損。

水凝膠是由聚合物鏈的3-D網(wǎng)絡(luò)組成的生物材料。由于網(wǎng)絡(luò)吸收水的能力及其與活組織的結(jié)構(gòu)相似性，它可用于將細(xì)胞輸送到缺陷區(qū)域以再生丟失的組織。然而，水凝膠的小孔徑限制了移植細(xì)胞的存活，它們的擴(kuò)張和新的組織形成，使得這不再是再生組織的理想選擇。

在生物材料領(lǐng)域中流行的一種材料是天然存在的礦物粘土。粘土已成為醫(yī)療產(chǎn)品的理想添加劑，沒有任何負(fù)面影響。它已被證明是生物相容的并且容易獲得。

粘土分層結(jié)構(gòu)，表面帶負(fù)電荷。獨(dú)特的分層結(jié)構(gòu)和電荷對于研究人員來說非常重要，因為他們的水凝膠具有正電荷或相反電荷。當(dāng)將水凝膠插入粘土層時，通過稱為插層化學(xué)的過程，最終結(jié)果是具有更多孔結(jié)構(gòu)的粘土增強(qiáng)水凝膠，其可以更好地促進(jìn)骨形成。

一旦他們的粘土增強(qiáng)水凝膠，研究人員使用一種稱為光誘導(dǎo)或光的引入的過程，將他們的新生物材料變成凝膠，這將使其更容易注入他們的小鼠模型。

小鼠模型有一個不愈合的顱骨缺損，研究人員注射了他們的粘土增強(qiáng)水凝膠。六周后，他們發(fā)現(xiàn)該模型通過其自身發(fā)生的干細(xì)胞遷移和生長顯示出顯著的骨愈合。

“這項研究將幫助我們開發(fā)具有高孔隙度的下一代水凝膠系統(tǒng)，并可以大大改善目前的骨移植材料，”主要作者M(jìn)in Lee說，他是加州大學(xué)洛杉磯分校牙科學(xué)院生物材料科學(xué)教授，也是Jonsson綜合癌癥的成員。中央。 “我們的納米復(fù)合水凝膠系統(tǒng)將用于許多應(yīng)用，包括治療輸送，細(xì)胞載體和組織工程。”

使用水凝膠的活細(xì)胞和生物活性分子的可注射組合將是治療身體的不健康或受損區(qū)域而不是更具侵入性的手術(shù)的優(yōu)選醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

未來的研究計劃了解納米復(fù)合水凝膠的物理性質(zhì)如何影響細(xì)胞的遷移及其功能，以及血管的形成。

該研究的其他作者是共同第一作者，中國南方醫(yī)科大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)助理教授  Zhong-Kai Cui; 加州大學(xué)洛杉磯分校的Benjamin Wu博士，Tara Aghaloo博士，Jessalyn Baljon 和 Soyon Kim。

該研究由（美國）國家牙科和顱面研究所，（美國）國家關(guān)節(jié)炎和肌肉骨骼和皮膚病研究所，美國國防部和MTF生物制劑研究所資助。作者沒有利益沖突。

More information: Zhong-Kai Cui et al. Microporous methacrylated glycol chitosan-montmorillonite nanocomposite hydrogel for bone tissue engineering, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-11511-3. https://www.nature.com/articles/s41467-019-11511-3

Journal information: Nature Communications

原文鏈接：https://phys.org/news/2019-08-hydrogels-bone-defects.html

聲明：本文由 Newfellow 編譯，中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。