美开发出混合纳米纤维生物材料

 
    本报讯 据物理学家组织网8月6日报道，最近，宾夕法尼亚大学医学院开发出一种新奇的混合纳米纤维生物材料，可在整形外科手术中作为载荷支架或受伤组织补丁，既能为细胞提供足够宽松的生长空间，又能指示它们按肌理排列成新组织，比以往的生物材料更灵活而适合人体功能性。相关论文在线发表于本周的美国《国家科学院学报》上。

    奥林匹克运动员、体育爱好者容易受到前十字韧带（ACL）损伤、膝盖半月板开裂、旋转肌边创伤、筋腱断裂等伤痛困扰。这些组织以肌肉纤维、胶原蛋白为基础，有着精细三维结构和规则的排列，非常结实而且能承受很大的机械负荷。

    许多实验室也一直在研究设计更好的治疗措施，包括使用纳米纤维支架。纳米纤维支架能引导组织有规则地生长，但在目前的整形外科手术中，普遍使用的支架纤维很不灵活，而且挤压得太紧，细胞很不容易在上面附着生长。

    为此，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院整形外科手术与生物工程教授罗伯特·莫克和布伦登·贝克开发了这种新的混合纤维支架。混合纤维直径为纳米级，由两种高分子聚合物制成：一种是缓慢降解纤维，另一种是水溶性纤维。水溶性纤维可以被有选择地溶解去除，以增加或减少纤维之间的空隙。混合纤维通过电纺技术织造，纤维本身可以溶解为带电溶液，通过微喷的方式使溶液像雪一样落在一个旋转鼓上，就会形成精细而有弹性的微丝被收集起来。这种织物适合于医疗应用，可以在上面添加细胞，或者作为补丁直接植入体内受伤组织的部位，让附近细胞生长上来。

    增加可溶解纤维的比例，会使宿主细胞在上面扩展生长的能力增强，最终实现完整一致的分布，形成真正的三维组织。即使最初植入的纤维要去掉50%以上，余下的支架仍足以支撑细胞，并利用产生胶原蛋白的细胞，直接形成一个高度组织化的细胞外模型，反过来这会让生物材料更有伸展性。实验室生长的半月板组织，几乎能与真正的人体半月板媲美。

    莫克说：“这种微纤维有着巨大的应用潜力，包括作为一种过渡性空间支撑材料。”以往的生物材料支架有一个常见现象，就是细胞只在纤维支架或衬垫的表面生长，用混合纤维制作的支架克服了这一缺点，能形成功能性的三维组织。

    研究人员还指出，该研究标志着载荷纤维组织工程的进步，最终在再生医学中也会获得广泛应用。目前，他们正在动物身上测试这些新材料，将它们用于半月板修复及其他整形外科手术。

    （常丽君）