可生物降解凝胶显示了软骨再生的承诺

凝胶结合刚度和韧性是一步为了创建可降解植入关节损伤,根据最新的哥伦比亚大学研究。

模拟关节软骨,发现在我们的膝盖和髋关节,是具有挑战性的。软骨是光滑的关节运动的关键,损害可以引起疼痛,减少功能,导致关节炎。一个潜在的解决方案是植入人工支架由蛋白质构成的,帮助软骨再生本身作为支架生物降解。软骨的再生与一个脚手架可以模仿软骨的生物学性质,和到目前为止,研究人员一直在努力把看似不相容的刚度和韧性的属性。

现在,新的研究由加拿大和中国科学家发表在今天自然概述了生物降解凝胶方法嫁给这些属性。博士说:“软骨是棘手的资深作者王宏斌,哥伦比亚大学化学系教授。“关节软骨修复是一个重要的医疗挑战,因为自然来说,它没有自我修复。

可生物降解的软骨移植必须一个微妙的平衡,他们需要僵硬和艰难,像实际的软骨。机械,当某事是僵硬的,它拒绝被弯曲或变形,但这通常意味着它是脆弱的——当你弯曲它,它休息,就像玻璃。当事情是艰难的,它拒绝打破,即使当你弯曲它,但它可能太软是有用的在一个关节,像果冻一样,甚至是比实际的软骨柔软。目前是这样的植入物,是由蛋白质,它创建了一个不匹配的细胞需要提供的是,李博士说。这导致软骨不修复以及它可能。

在这项研究中,李博士和他的团队开发了一种新方法来强化蛋白质凝胶不牺牲韧性,通过身体缠绕在一起的特定蛋白质链由凝胶网络。“这些纠缠链可以移动,它允许能量,例如,跳跃的影响,消散,就像减震器在自行车。此外,我们结合现有的蛋白质的折叠和展开方法,也允许能量耗散,”第一作者铃兰傅博士说,他进行了研究,在哥伦比亚大学的化学系博士生。

由此产生的凝胶是超级困难,能够抵抗切片用手术刀,比其他蛋白水凝胶更僵硬。它的抗压缩能力最高的通过任何此类凝胶与实际关节软骨和比较有利。和凝胶能够快速压缩后恢复原来的形状,是真正的软骨后跳。

兔子植入凝胶显示显著的迹象修复关节软骨植入12周后,没有剩下水凝胶,没有排斥移植的动物的免疫系统。研究人员观察骨组织生长类似于现有的组织,软骨和再生组织接近现有的凝胶植入group-much与对照组比他们看到更好的结果。

有趣的是,更严厉的版本的凝胶比温和的版本有更好的结果,可能由于更高的刚度更兼容骨头和软骨组织,所以对身体提供一个物理线索有效的再生。然而,可能有这种事太硬:笔直的凝胶不工作,可能由于其在体内缓慢降解,研究人员说。”这只是显示了复杂的研究领域,而需要考虑许多不同的物理和生化线索和因素在设计这些支架,”合著者清姜博士说,在南京大学教授和外科医生。

需要进一步的动物实验和人体试验研究还为时过早。研究者的下一个步骤包括测试、调整当前凝胶成分和添加额外的生化信号来进一步促进细胞再生。“通过优化生化和生物力学因素在一起,将来我们会看到这些新支架是否能导致更好的结果,”Li博士说。

参考:李傅L, L,边问,et al . Cartilage-like蛋白水凝胶工程通过纠缠。自然。2023,618 (7966):740 - 747。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 06037 - 0

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