这些家用食材竟可在人造器官中充当组织支架

发布时间:2019-09-27    

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豆腐,菠菜,冰块…这些素食主义者将成为器官移植的支柱。

《生物技术趋势》杂志最近发表了马萨诸塞州洛厄尔大学研究人员的学术评论,探讨用蛋壳、豆腐、菠菜和其他日常材料作为组织支架的可行性。”这些来自大自然的传统材料似乎更具功能性、可持续性和成本效益。”作者、马萨诸塞州洛厄尔大学副教授古尔登认为,天然材料将适用于生物医学研究的许多领域。

据权威统计,2017年我国器官移植手术1.6万余例,2018年上半年近1万例,比去年同期增长18%。尽管自愿捐献仍是我国器官移植的唯一合法来源,但随着移植技术的成熟和进步,对器官移植和修复的需求仍在不断增长,而组织工程技术希望通过人工合成成为一种有益的补充。因此,组织支架可获得性的显著提高,有可能解决器官移植的“瓶颈”问题。

为移植的功能细胞建造“家”

对于组织工程器官来说,除了种子细胞是其核心外,生物材料也是非常重要的组成部分。

“单细胞移植不易存活,也不是‘队列’”,天津医科大学顾汉清教授在总结组织工程技术产业化现状时说,介绍了为组织工程的构建提供细胞载体和组织支架的必要性,因此需要生物材料。通俗地说,生物材料的本意是为移植的功能细胞建立一个“家”,把它们和“家”一起移过来,使外来细胞得到支持和依赖,然后存活下来。

“组织支架及其材料是影响组织构建的最关键因素之一。”顾汉清介绍说,生物材料为种子细胞提供了适合其生长、基质合成等功能的生物空间,克服了单纯细胞移植中细胞存活和基质合成能力低下的缺点。组织工程中常用的生物材料按来源可分为天然材料和合成材料,按化学成分可分为高分子材料、生物陶瓷和生物复合材料。

由于需要在体内植入,甚至在人体的核心部位,对组织工程生物材料的选择有许多严格的要求,如生物降解性、良好的生物相容性、低的免疫原性、一定的空间结构、孔隙率等。降解率等。

支架表面的化学和物理性质可能影响种子细胞或生长因子、种子细胞的粘附和增殖以及种子细胞或生长因子的功能。例如,胶原蛋白是一种常用的支架材料,但由于目前使用的胶原是异质性的,存在一些免疫反应问题,可能会对种子细胞产生一定的影响。

由于人们可以在细胞和分子水平上模仿大自然的“神奇工作”,第三代组织工程生物材料将生物活性材料和生物降解材料这两个独立的概念结合起来,诱导细胞增殖,通过对可生物降解材料的分子修饰来分化甚至是细胞外基质。合成组装,启动机体再生系统。

心脏组织生长在菠菜骨头上

当主流的创新理念聚焦于分子水平的“合成”、“重建”和艰苦的探索时,另一组研究人员却走相反的道路,从触手可及的日常材料中寻找更具功能性、更具可持续性和更低成本的材料。

“最近的组织工程技术相对昂贵,其中一些技术可能需要长时间和繁琐的优化程序来生成这些三维支架。”古尔登说,转向自然很可能实现成本效益和可持续发展的目标。

受菠菜稠密的静脉网络类似于人类心脏血管网络的启发,美国伍斯特理工学院的研究人员试图通过清洁植物细胞并留下植物壁基质,在菠菜骨头上种植心脏组织。

其他各种天然材料也在研究中:豆腐被用作富含蛋白质的支架,通过促进细胞粘附来帮助伤口愈合;添加富含钙的蛋白质来加强支架材料,以促进骨愈合和神经组织再生;一些研究从折纸中获得了三维纸支架生长骨群的构建。编织的灵感。

古尔登认为蛋壳的医学潜力直到现在才被开发出来。他和他的同事使用一种新的培养基从蛋壳中生长出新的骨组织,以帮助创伤后的骨再生。现在他们已经在老鼠身上做了实验,将来很可能用于治疗骨折等骨骼损伤。科学家们将把新组织移植到受损的骨组织中,这种新材料可以加速骨移植的愈合。

埃米琳潘克赫斯特说,当将骨细胞凝胶混合物植入大鼠体内时,发现凝胶混合物的相容性良好。经与受者骨细胞配型后可用于人骨折的治疗。世界各地每年丢弃的数百万吨蛋壳废料将以另一种方式加以利用。

目前,科学家对天然生物材料的研究持乐观态度,降低成本是这些天然衍生物不可替代的优势。它不仅可以“解渴”器官来源,而且大大降低临床使用价格,使器官移植的广泛应用成为可能。然而,离“田园式”组织重建真正成为临床试验还有很长的路要走。在此之前,确定标准方案、验证生物材料的疗效、患者的安全性等还有很长的路要走。

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