美開發出混合納米纖維生物材料

美開發出混合納米纖維生物材料

據物理學家組織網2012年8月6日報道，最近，賓夕法尼亞大學醫學院開發出一種新奇的混合納米纖維生物材料，可在整形外科手術中作為載荷支架或受傷組織補丁，既能為細胞提供足夠寬松的生長空間，又能指示它們按肌理排列成新組織，比以往的生物材料更靈活而適合于人體。相關論文在線發表于美國《國家科學院學報》上。

奧林匹克運動員、體育愛好者容易受到前十字韌帶(ACL)損傷、膝蓋半月板開裂、旋轉肌邊創傷、筋腱斷裂等傷痛困擾。這些組織以肌肉纖維、膠原蛋白為基礎，有著精細三維結構和規則的排列，非常結實而且能承受很大的機械負荷。

許多實驗室也一直在研究設計更好的治療措施，包括使用納米纖維支架。納米纖維支架能引導組織有規則地生長，但在目前的整形外科手術中，普遍使用的支架纖維很不靈活，而且擠壓得太緊，細胞不容易在上面附著生長。

為此，賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院整形外科手術與生物工程教授羅伯特·莫克和布倫登·貝克開發了這種新的混合纖維支架。混合纖維直徑為納米級，由緩慢降解纖維和水溶性纖維2種高分子聚合物制成。水溶性纖維可以被有選擇地溶解去除，以增加或減少纖維之間的空隙。混合纖維通過電紡技術織造，纖維本身可以溶解為帶電溶液，通過微噴的方式使溶液像雪一樣落在一個旋轉鼓上，形成精細而有彈性的微絲被收集起來。這種織物適合于醫療應用，可以在上面添加細胞，或者作為補丁直接植入體內受傷組織的部位便于附近細胞生長。

增加可溶解纖維的比例，會使宿主細胞擴展生長的能力增強，最終實現完整一致的分布，形成真正的三維組織。即使最初植入的纖維要去掉50%以上，余下的支架仍足以支撐細胞，并利用產生膠原蛋白的細胞，直接形成一個高度組織化的細胞外模型，反過來這會讓生物材料更有伸展性。實驗室生長的半月板組織，幾乎能與真正的人體半月板媲美。

莫克說:“這種微纖維有著巨大的應用潛力，如作為一種過渡性空間支撐材料。”以往的生物材料支架有一個常見現象，就是細胞只在纖維支架或襯墊的表面生長，用混合纖維制作的支架克服了這一缺點，能形成功能性的三維組織。

研究人員還指出，該研究標志著載荷纖維組織工程的進步，最終在再生醫學中也會獲得廣泛應用。目前，他們正在動物身上測試這些新材料，將它們用于半月板修復及其他整形外科手術。

(來源:科技日報)