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科学家成功研发出肽-血液凝胶,可有效再生骨骼

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无论是拉伤肌肉、撞伤脚趾还是骨折,身体都会启动高效的愈合机制,以恢复组织完整性、减少炎症并重建受损结构。对于重大损伤,身体会通过使用液态血液形成再生性血肿(RH)来启动愈合过程——这是一种富含功能性生物分子的基质,能够刺激愈合和再生。值得注意的是,越来越多的证据表明,我们可以通过操纵RH微环境来增强其再生潜力,使其成为再生治疗的主要目标。


现在,在《先进材料》杂志上发表的一项研究中,诺丁汉大学的研究人员利用血液和肽两亲分子(PAs)——一种形成纳米结构的合成分子——开发了一种仿生材料,能够复制RH的特性。这种凝胶状材料不仅模仿了天然血肿的组成和功能特性,还增强了其愈合组织的能力。


应对与年龄相关的愈合能力下降

随着年龄的增长,组织的再生能力逐渐减弱,导致伤口愈合变慢、骨密度下降以及慢性炎症的易感性增加,这是衰老的标志。肽-血液凝胶可能通过创造一个模仿年轻愈合反应的微环境来应对这些与年龄相关的挑战,为处理肌肉骨骼损伤和慢性疾病的老龄人群带来新的希望。


肽-血液凝胶招募并释放愈合分子

肽-血液凝胶通过保留关键的血液成分并调节关键生长因子的释放,重现了RH的动态微环境。当PAs与血液混合时,它们与纤维蛋白和其他血液蛋白共同组装,形成稳定的水凝胶。结果显示,这种材料能够储存并逐渐释放VEGF、TGF-β和PDGF等生物分子,表明该凝胶成功复制了天然RH的反应。


此外,实验室测试表明,该凝胶能够吸引并支持间充质基质细胞、内皮细胞和成纤维细胞的生长——这些细胞类型能够调节关键的愈合机制。独特的是,这些细胞能够附着并迁移到凝胶中,密切模仿了天然RH如何促进细胞招募。


更重要的是,研究团队指出,凝胶以可控和持续的方式释放生长因子,确保为再生提供持续的信号供应。这种缓释与天然血块中快速消耗的情况形成对比,增强了凝胶在较长时间内支持血管生成、基质沉积和细胞增殖等过程的能力。总的来说,这些发现突显了该凝胶在模仿和超越天然血肿再生能力方面的潜力。


肽-血液凝胶增强骨骼再生

为了评估其修复严重损伤的能力,研究人员在大鼠的临界大小颅骨缺损中测试了该凝胶——这是一种无法自行愈合的骨损伤。他们使用每只大鼠的血液创建了个性化水凝胶,并将其植入骨缺损中。六周后,凝胶显著改善了骨形成,新组织填充了缺损并类似于健康骨骼。


与未处理的对照组相比,凝胶处理的损伤显示出更高的骨密度和组织性。值得注意的是,凝胶的性能与商业骨替代品相当,但具有简单性和个性化的额外优势。特别是,处理过的大鼠表现出较低水平的炎症标志物(TNF-α、IL-1β),表明炎症减少,为愈合和骨再生提供了更有利的环境。这种炎症的减少对于老年患者尤为重要,他们通常经历慢性低度炎症,这可能会阻碍有效愈合。


再生医学的突破

总体而言,该研究的结果表明,肽-血液凝胶可能在再生医学领域产生巨大影响。该凝胶的个性化特性,由患者自身的血液制成,最大限度地降低了排斥风险,并使该技术易于应用。此外,其适应性允许精确的3D打印成可定制的形状和结构,为针对性损伤或特定治疗应用提供定制解决方案。


在衰老和长寿中的潜在应用

肽-血液凝胶在应对与年龄相关的肌肉骨骼疾病(包括骨质疏松症和关节炎)方面也具有潜在应用。其针对性的、患者特异性的方法可以减少侵入性手术的需求,并帮助维持老龄人群的功能独立性。


此外,它们调节炎症途径的能力表明在老年医学和长寿研究中有更广泛的应用。通过减少与衰老相关的慢性炎症,肽-血液凝胶可能减缓组织退化并增强生理弹性。其控制释放生长因子支持再生过程,与精准医学应对年龄相关衰退的方法相一致。


通过整合这些能力,肽-血液凝胶代表了一种可扩展且有效的解决方案,用于应对再生和与年龄相关的医学挑战。


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