生物工程脊椎盘成功植入山羊

第一次生物工程脊椎圆盘被成功植入并提供长期功能有史以来最大的动物模型评价组织工程椎间盘置换。

宾夕法尼亚大学医学的一项新研究发表在《科学转化医学提供了令人信服的证据转化,从颈部和背部疼痛患者的细胞可以用来建立一个新的椎间盘在实验室来取代一个恶化。

使用山羊、执行的研究,是由一个多学科小组在宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的工程和应用科学学院、兽医学院。

脊柱的软组织,椎间盘,运动是必不可少的日常生活中,如把你的头,把你的鞋子。在任何给定的时间,然而,在美国大约一半的成年人患有或颈部疼痛,治疗和护理的一个重要的经济负担society-an约1950亿美元一年。

虽然椎间盘变性往往是伴随着疼痛、椎间盘退化的根本原因仍不清楚。今天的方法,包括脊柱融合手术和机械替代设备,提供缓解症状,但他们不恢复原生盘结构,功能,和延展性,他们往往是有限的长期疗效。因此,有必要对新疗法。

组织工程是伟大的承诺。它包括结合病人或动物的茎细胞与生物材料支架在实验室中生成一个复合结构,然后植入脊椎作为替换盘。在过去的15年里,宾夕法尼亚大学的研究小组已经开发出一种组织工程更换光盘,从在体外基础科学努力小动物模型更大的动物模型,对人体试验。

“这是一个主要步骤:增长如此大的盘在实验室里,让它进入盘空间,然后它开始整合与周围的本地组织。很有希望,”罗伯特·l·莫克说,博士,教授,教育和研究在骨科手术在宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院和研究下士卫生科学家迈克尔·Crescenz VA医学中心(CMC VAMC)在费城,和文章的第二作者的论文。“目前的标准治疗实际上并没有恢复光盘,所以我们希望这个工程设备替换生物,功能和恢复全面的运动。”

过去的研究团队成功地展示了集成工程的光盘,称为盘状角厚度结构的叶绿体会(dap),五周的老鼠尾巴。这个最新的研究扩展时期大鼠模型到20周但修改设计光盘,称为endplate-modified衣冠楚楚,或eDAPS模拟本地脊髓段的结构。侧板内侧的添加有助于保留工程的组成结构和促进其融入本地组织。

MRI和组织学、机械和生化分析,表明eDAPS恢复原生盘结构,生物学,机械功能在老鼠模型中。构建成功,研究人员然后植入eDAPS颈椎的山羊。他们选择了山羊,因为它的颈椎间盘方面类似于人类和山羊semi-upright地位的好处。

研究人员展示了成功总在山羊颈椎椎间盘置换。四个星期后,矩阵分布在大型eDAPS保留或改善。MRI结果还表明,阀瓣成分在八周维持或改善,而力学性能匹配或超过本地山羊颈椎椎间盘的。

“我觉得这很有趣,我们这么远,从老鼠尾巴无异植入,”哈维·e·史密斯说,医学博士,矫形外科和神经外科的副教授佩雷尔曼医学院的CMC VAMC和员工的外科医生,和文章的第二作者和临床领导了这项研究。“当你看看成功的文学从机械设备,我认为这是一个很好的理由乐观,我们可以达到同样的成功,如果不超过设计光盘”。

研究小组把工作的成功归功于多学科和转化方法以来他们已经在佩恩,这是许多专家从不同的部门和学校参与这个项目。

“我们镀锌所有不同的企业,潘在其屋顶,从基础研究到临床医生。我们有一个令人难以置信的网络,可以利用,和其它的研究,”研究作者Thomas p . Schaer VMD,平移骨科研究和临床前研究主任博尔顿宾夕法尼亚大学兽医学院的新中心。“并非每个学术机构的协作生态系统,这对我们来说是一个巨大的优势获得这项研究开始的时候,随着时间的推移,然后保持它。”

团队还包括第一作者莎拉•e . Gullbrand博士,在矫形外科学系研究助理宾夕法尼亚大学医学和转化肌肉骨骼研究中心的迈克尔·j·下士Crescenz VA医学中心,拉克兰j·史密斯博士的助理教授在宾夕法尼亚大学神经外科和骨科手术,黎明和m .艾略特博士,前主席佩恩研究员在特拉华大学的生物医学工程。

下一步将进行长期的研究,以进一步描述函数的eDAPS山羊模型,作者说,以及模型脊髓隐藏在人类的退化和测试他们的设计光盘执行上下文。

“有很多愿望植入生物装置,是由你自己的细胞,”史密斯说。“使用一个真正的组织工程运动替代设备保存在这种性质的关节成形术并不是我们在骨科尚未完成。我认为这将是一个范式转变我们如何对待这些脊柱疾病和我们的运动方式保留重建关节。”

这篇文章被转载材料所提供的宾夕法尼亚大学医学。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。

参考:

Gullbrand s E。Ashinsky, b, G。,Bonnevie e D。金,d . H。Engiles, j·B。史密斯,l . J。,。莫克,r . l . (2018)。长期机械植入组织工程椎间盘的功能和集成。《科学—转化医学》10(468)。doi: 10.1126 / scitranslmed.aau0670