新的生物材料終于可以修復(fù)受傷關(guān)節(jié)中受損的軟骨

身體非常善于自我修復(fù)，但我們解剖結(jié)構(gòu)的某些部分在受傷后難以反彈。

其中一種材料是軟骨——一種海綿狀而堅固的結(jié)締組織，可以防止我們的骨骼相互摩擦和碰撞。隨著時間的流逝，軟骨的半透明或“透明”成分會嚴(yán)重降解，從而導(dǎo)致疼痛的狀況，例如骨關(guān)節(jié)炎和髕骨.

科學(xué)家們一直在研究一種再生的方法透明軟骨多年來，如今美國西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊已經(jīng)取得了突破。他們開發(fā)了一種生物材料，將這種材料注射到活羊受損的軟骨中，充當(dāng)了促進(jìn)活動關(guān)節(jié)軟骨再生的支架。

“軟骨是我們關(guān)節(jié)的重要組成部分，”化學(xué)家塞繆爾·斯圖普（Samuel Stupp）說西北大學(xué)。

“當(dāng)軟骨隨著時間的推移而受損或分解時，它會對人們的整體健康和活動能力產(chǎn)生重大影響。問題是，在成年人中，軟骨不具有固有的愈合能力。我們的新療法可以在不會自然再生的組織中誘導(dǎo)修復(fù)。我們認(rèn)為我們的治療可以幫助解決一個嚴(yán)重的、未得到滿足的臨床需求。

軟骨退化是一個巨大的健康問題。2011年的一項調(diào)查在18個國家中發(fā)現(xiàn)，每年進(jìn)行超過130萬例全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，其中軟骨問題是主要因素。

而且，雖然還有其他干預(yù)措施可以提供幫助，例如制造微骨折以誘導(dǎo)軟骨修復(fù)，但這些通常會導(dǎo)致錯誤種類的軟骨的生長——堅韌的纖維狀纖維軟骨–喜歡軟骨瘢痕組織– 而不是覆蓋關(guān)節(jié)的光滑、有彈性的透明軟骨。

科學(xué)家們一直在改進(jìn)的一種可能的治療方法是在軟骨缺損中使用支架，以支持透明軟骨的生長。這種選擇在小型哺乳動物（如小鼠）中顯示出希望，但在大型哺乳動物中失敗了，這可能是因為在大型動物的關(guān)節(jié)上起作用的壓力和力更大。

Stupp和他的同事們開發(fā)了一種材料，似乎可以解決這個明顯的問題。它是一種生物材料，由兩種成分制成。

第一種是肽分子，它與一種叫做轉(zhuǎn)化生長因子 β-1，它在細(xì)胞的生長和分裂中起著至關(guān)重要的作用，尤其是在骨骼中，它調(diào)節(jié)骨骼和軟骨的生長。

第二個組成部分是透明質(zhì)酸，您可能從護(hù)膚品中知道這一點——它通過保持水分來幫助您的皮膚保持柔軟。它也可以在關(guān)節(jié)和軟骨中找到，在那里它起到潤滑劑的作用，并在傷口愈合中發(fā)揮作用。

研究人員在試管實驗中發(fā)現(xiàn)，這種雜交材料支持軟骨分化 - 即軟骨細(xì)胞（稱為軟骨細(xì)胞）的增殖。它形成了成束的細(xì)絲，這是一種在肌肉骨骼組織中發(fā)現(xiàn)的自然結(jié)構(gòu)。

許多研究途徑在體外都達(dá)到了同樣的點。真正的考驗是它如何經(jīng)受住可以推斷到人類的活體動物的抵抗。綿羊承受的機(jī)械負(fù)荷與人類相似，因此綿羊是進(jìn)行測試的地方。

研究人員將他們的材料開發(fā)成一種漿液，該漿液被注射到綿羊后膝關(guān)節(jié)的軟骨缺損中。在他們的研究中，研究人員在每只羊的雙后膝蓋上都引入了小孔;一個膝蓋被注射漿液，另一個膝蓋作為對照未經(jīng)處理。

當(dāng)漿液與綿羊骨骼中的鈣接觸時，它會硬化成橡膠狀基質(zhì)，軟骨細(xì)胞開始形成，隨著支架的降解，軟骨細(xì)胞會生長以填充引入的孔。這是正確的軟骨：透明。在幾周內(nèi)，經(jīng)過治療的缺陷顯示出顯著的改善，特別是與對照組相比。

類似的治療可能對人類更有效。你不能告訴一只羊它們需要休息并保持體重遠(yuǎn)離受傷的腿，而接受軟骨損傷治療的患者往往在手術(shù)后無法動彈。

當(dāng)然，還需要進(jìn)一步的研究和開發(fā)，然后該過程必須經(jīng)過人工操作臨床試驗.但研究結(jié)果顯示，有朝一日將有一種治療方法，這將有助于減少對更具侵入性、效果較差的選擇的需求。

“通過再生透明軟骨，”Stupp 說，“我們的方法應(yīng)該更耐磨損，長期解決活動不便和關(guān)節(jié)疼痛的問題，同時也避免了使用大塊硬件進(jìn)行關(guān)節(jié)重建的需要。

該研究已發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊.

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