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基于柠檬酸盐的生物材料可以减少骨骼愈合 减少排斥反应

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-10-01浏览次数:883

根据宾夕法尼亚州立大学的生物工程师团队的研究,基于骨骼和柑橘类水果天然产物(称为柠檬酸盐)的材料为干细胞形成新的骨组织提供了额外的能量。他们对允许柠檬酸盐辅助骨再生机制的新认识将有助于研究人员开发持续释放,可生物降解,无柠檬酸盐的支架,作为骨生长模板加速愈合。

宾夕法尼亚州立大学生物医学工程教授杨健说:“在我们的实验室里,我们已经与柠檬酸盐合作了十多年。” “我们知道,在人体内,90%的有机柠檬酸盐存在于骨组织中。但没有人真正尝试过使用柠檬酸盐作为制造骨生物材料的基石。我们的新论文试图了解柠檬酸盐如何帮助骨骼治愈并使用这些理解来指导新的仿生材料的设计,以更好地修复骨骼。“

该小组的论文于今天(11月26日)在“美国国家科学院院刊”上发表。

自体移植 - 从患者身体的另一部分取骨并将其移植到伤口 - 是医院环境中最常见的骨再生方法。这并不总是合适的方法,特别是在癌症治疗期间去除大的伤口或骨组织的情况下。

合成生物材料将是一种流行的替代品,许多实验室正在努力开发它们。然而,目前的合成材料导致严重的炎症,骨愈合缓慢和愈合质量差。身体用纤维组织包裹植入物,使得植入物不与周围的骨骼合并。使用杨的材料,研究人员没有看到包装和慢性炎症是最小的。

杨澜实验室的博士生马英英是本文的第一作者。马云的问题是要揭示一个鲜为人知的机制,身体使用柠檬酸盐来再生骨骼。她发现干细胞膜有一个转运体将柠檬酸盐转运到细胞以提高细胞能量水平。当骨干细胞分化成新的骨细胞时,它们需要更多的能量来支持活性骨的形成。柠檬酸盐供应干细胞的时间和剂量也很关键。杨和马创造了新发现的柠檬酸对干细胞分化的作用,作为一种“代谢调节”。

研究小组还发现了能源生产中的第二个因素,一种叫做磷酸丝氨酸的氨基酸。随着他们对骨再生机制的新理解,他们开发了一种含有柠檬酸盐和磷酸丝氨酸的生物材料,并在大鼠模型上进行了测试。

“使用我们的新材料,我们可以在一个月内看到新骨头的早期沉积,”马说。“这比FDA批准的设备中广泛使用的生物材料早得多。在这项研究中,我们测试了两个模型,股骨胫骨和颅骨缺损。

根据MA的研究,在这两种动物模型中,我们发现新的生物材料在诱导早期骨形成和促进骨成熟方面优于商业材料。“对我来说,这是一个重要的发现,”杨说,他是宾夕法尼亚州立大学材料研究所和哈克生命科学研究所的教员。柠檬酸盐现在被认为是干细胞代谢和分化的中心环节。我们正在揭示柠檬酸盐影响干细胞活性的机制,不仅影响骨骼,而且还影响其他类型的细胞和组织。例如,脑脊液周围含有高浓度的柠檬酸盐。

与杨和马一起,论文中的其他作者,“通过代谢基因调节的人类干细胞的基于柠檬酸盐的材料燃料”,是金正民,丁丁珊,林巧玲和Maria Hudock,他们都是杨的现任或前任学生实验室。与中国南方医科大学的邢兴贵,谢登辉,齐和白晓春。美国国立卫生研究院,囊性纤维化基金会研究奖和国家自然科学基金会支持该研究。