打开

粘接骨碎片并诱导骨再生,上海交大等研发“柔性成骨胶水”|专访

subtitle
DeepTech深科技 2021-07-29 14:21

组织匹配再生医学研究中,“真” 和 “假” 究竟有何区别?如何实现 “真” 和 “假” 的完美统一,从而让植入的再生医学材料真正 “活” 起来,实现 “假” 组织 “真” 功能,是骨科再生医学材料科学家经常思考的问题。

骨折,作为运动系统最为常见的损伤之一,每年在全球范围内危及着数千万人的健康和生活。

近年来,高度粉碎性骨折不仅给人们带来了难以估量的经济负担,也给仅使用器械的外科医生带来了严峻的挑战。

金属内固定器械作为手术治疗此类骨折的标准方法,治疗简单的骨折时,具有较好的功效。但是,在面对粉碎严重、伴有较大体积、较小碎骨块的骨折时,单纯的器械固定早已无法胜任。

因此,急需一种辅助内固定器械对碎骨块拼接的粘合剂。

打开网易新闻 查看更多图片

图|手臂骨折示意图(来源:受访者)

针对此问题,上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所崔文国团队设计了一种可注射、高强度粘附、在窗口时间内可逆黏附的生物胶水,这种骨胶可在降解时协同促进新骨长入,最终介导骨折愈合。

相关论文以题为《柔性骨胶协助骨折固定和愈合的一站式解决方案》(Flexible Osteogenic Glue as an All-In-One Solution to Assist Fracture Fixation and Healing),发表在 Advanced Functional Materials 上。

图|相关论文(来源:Advanced Functional Materials)

由上海交通大学医学院附属瑞金医院崔文国教授、苏州大学附属第一医院陈亮、顾勇主任等担任共同通讯作者。

该团队设计的 “柔性成骨胶水”可通过直接涂抹、注射等多种方式进行部署,提供稳定的粘接效果。同时,在有机组分中添加改进的无机组分作为活性交联剂。

一方面,可提高原位固化后胶水的杨氏模量;另一方面,无机组分可提高胶水的基质矿化及干细胞成骨分化,以促进骨折愈合。

“柔性成骨胶水”可在降解过程中引导骨折愈合

崔文国向 DeepTech 表示,“高度粉碎性骨折治愈面临两个难题。”

“首先,尺寸过小的小骨块并不适合用金属器械固定;其次,在骨块数量较多的情况下,依靠大量的金属器械进行固定,存在操作难度很大、手术时间较长等问题。”

图|崔文国在实验室(来源:受访者)

目前,临床上主要使用氰基丙烯酸酯粘合剂(cyanoacrylate adhesives),在手术中运用该粘合剂可使接触组织或体液快速固化,实现组织粘结。

但留给手术者拼接时间较短,且一旦固化即形成刚性粘接,无法进一步调节,难以满足拼接时反复调节定位的需求。

因此,要突破传统骨粘合剂交联灵活度方面的缺陷,必须寻找一种新型灵活交联体系。

该团队设计的 “柔性成骨胶水” 主要通过其高度整合的有机- 无机网络,形成生理环境下较为稳定的粘性复合体。

图|骨胶应用示意图(来源:受访者)

该类骨胶的最大亮点在于:手术中可通过直接涂抹、注射等多种方式临床应用;有足够的碎骨拼接操作时间窗和容错率;可降解,且粘附强度高;生物陶瓷组分作为交联剂,可提高基质矿化能力及降解后诱导新骨再生。

图|离体猪骨样品对粘附强度和可逆粘附性的表征(来源:受访者)

这种“柔性成骨胶水” 可灵活粘附和剪切骨碎片,并在降解过程中引导骨折愈合。依靠此整合方法,在离体猪骨样品中,无机组分的添加使其内聚性(cohesiveness)提高了4倍,黏附强度提高了近5倍。

如何实现 “假” 组织 “真” 功能,让再生医学材料 “活” 起来

崔文国课题组一直从事骨科相关再生医学材料研究和转化工作,他经常思考,医学研究中的 “真” 和 “假” 的区别究竟在哪里?如何实现 “真” 和 “假” 的完美统一,从而让植入的再生医学材料能真正的 “活” 起来,实现 “假” 组织 “真” 功能?

其中,“真” 是指人体自身的组织和器官,“假” 是指进入人体的各类器材和生物类物质。

崔文国告诉 DeepTech,“目前,针对局部疾病以及特定功能的缺失,我们构建的再生医学胶水、细胞支架、药物器材等可以较好缓解或者解决问题。但是,针对如此复杂的人体结构,我们面临的挑战不断增加。”

譬如,骨科的再生医学材料如何调节植入后的局部和全身免疫应激反应,如何诱导血管、神经和骨等在再生医学材料中共生、共育等系列问题。

图|在不同胶粘剂皮下观察评估生物降解性和生物相容性(来源:受访者)

最后,期待实现植入材料成为细胞发育分化、生物信号传导、生物电刺激、神经 - 体液 - 免疫调节的适应者、参与者和调控者。

即要实现 “假” 变 “真”,让再生医学材料 “活” 起来,需要和许多领域交叉融合,该团队希望再生医学材料能成为一个调控网络、优化疾病的治疗过程。

崔文国向 DeepTech 表示,“该策略为构建一种远期生物学性能的骨胶提供了新思路,对推动骨科领域的发展有重大意义。”具体表现在以下三个方面:

第一,经过强化的骨胶在自身压缩模量及对猪的离体骨组织粘接强度显著提高,同时也保留了可调节、可逆的黏附效果,可在活体内环境下粘合拼接形态复杂的兔桡骨粉碎性骨折。

第二,强化所带来的高硬度,使骨胶可在体外显著促进干细胞 YAP 激活入核及成骨分化。

第三,在施加于体内骨折部位后,骨胶可在有机无机协调降解的同时介导匹配性骨再生,促进骨折愈合,使局部愈合显著优越于商品化氰基丙烯酸酯对照材料的影像学指标及生物力学强度。

持之以恒,为实现再生医学材料在人体中 “活” 起来不懈努力

崔文国向 DeepTech 表示,“随着科技快速发展以及多学科的交叉和融合,从工科材料学起步,到医学材料初探,再到聚焦再生医学材料,从而融合到临床医学,我科研经历正好与这个过程相匹配,一直希望能为医学的发展添砖加瓦。”

图|崔文国(来源:受访者)

在科学研究方面,崔文国主要有以下三点体会:

第一,坚持是成就一番事业必须拥有的态度。他认为,“若想凭借自己的努力成就一番事业,必须要有持之以恒的态度。不管遇到多大的挫折或困难,既然做出了选择,就要永不言气。”

第二,要懂得时间的付出,任何人没有时间的付出,一定不会有成功。“世界上没有免费的晚宴,你把时间花在哪里,你的成就就在哪里。”

第三,批判性思维,是科研工作者必备的素质。他认为,“在执着追求科研的过程中,不仅要有‘沉下去’的钻研精神,还要学会‘抬头’思考,与周围的人多交流、多提问,让好奇心和快乐常在。”

然而,骨科植入型的再生医学材料的产业化是一个漫长的过程。

未来,崔文国课题组将长期聚焦于再生医学材料研究,希望再生医学材料能够在人体中 “活” 起来,他们将为此目标而长期努力。

与此同时,该团队也希望再生医学材料能得到国家多部门的关注,加快产业化,尽早应用于临床,造福人类。

特别声明:本文为网易自媒体平台“网易号”作者上传并发布,仅代表该作者观点。网易仅提供信息发布平台。
10赞
大家都在看打开应用 查看全部
网易热搜每30分钟更新
打开应用 查看全部
打开