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日志

 
 

智能生物材料:各种缺损组织都有可能再生  

2014-07-19 21:12:45|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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       新浪科技讯 7月18日消息,创伤、疾病、遗传、衰老等原因可能造成组织、器官缺损或功能障碍,我国这一类型的患者人数位居世界各国之首。生物学领域的科学家一直致力于攻克修复创伤、组织再生甚至器官再生的难题。

  最近几年,由中科院遗传发育所领衔的中国科学院与再生医学战略性先导科技专项的“人工组织器官构建”项目,在再生修复领域取得了一系列技术突破。干细胞与再生医学先导专项是中科院“A类先导”中最先启动的项目之一,戴建武研究员带领团队,利用生长因子控释技术改造生物支架材料,研制出了具有诱导组织再生能力的智能生物材料。这些智能生物材料携带的活性功能成分(通常包括生长因子或干细胞等),能主动对机体的再生过程产生影响。

  生物支架材料 为组织再生提供空间

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      生物机体本身各种组织都具有一定的再生能力,创口处的组织中和血液中存在组织再生所需的干细胞,科学家们需要提供一个有利于细胞黏附、增殖、分化的环境,也就是支架材料。

  由于支架材料要植入机体内,材料基质的选择就显得非常重要。项目组选择了人体最重要的外基质——胶原蛋白,研发出一批支架材料产品,可引导多种组织再生包括神经、肌腱等的有序再生。一小块胶原薄膜缝合到切除舌癌的创口处,三四个月后,再生的组织已基本填满了缺损的部分。除了提供再生空间,胶原支架还可以引导组织再生,例如神经外周神经损伤后,神经再生比其它组织再生要慢,损伤部位纤维组织生长较快而阻碍神经再生,在创面嵌入一块胶原膜可起到屏蔽纤维化组织生长而引导神经再生的作用。

  生长因子缓释技术 高效主动定向诱导组织再生

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       然而,尽管利用支架材料可以支持一定程度的组织再生,但支架材料本身不具有诱导组织再生的能力。换句话说,支架材料只是搭了台,但要想请得动细胞唱再生修复这出“戏”,还需要生长因子等能诱导组织再生的活性信号分子出马。生长因子是一类具有调节细胞生长、分化等特性的细胞因子,通过与特异的、高亲和的细胞膜受体结合,调节细胞生长及其他细胞功能。生长因子用于临床最大的问题,就是会在创面扩散而被血液稀释。不仅会造成非常大的消耗量,还存在风险——随血液到处扩散的生长因子,可能在别处诱导不必要的再生(副作用)。

  遗传发育所再生医学团队通过改造生长因子的分子结构,制备了融合胶原结合区(CBD)的生长因子,利用一节短肽将其“拴”在支架上;同时,当生长因子被细胞表面受体识别时,又能从胶原膜上释放出来。这样,在体内损伤修复环境中,保证了生长因子不会从材料上“掉下来”,在组织中扩散,有效地控制其在病灶处释放;且能提高生长因子的局部治疗浓度,大大降低消耗。

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            将胶原神经导管、有序神经纤维与具有Laminin(或胶原)结合能力的CNTF与BDNF特异结合获得智能支架材料。图为损伤模型建立。

  基于这种生长因子缓释技术,项目组已经研制出了多种智能生物材料,在骨组织、外周神经组织、膀胱组织、心肌组织等多种组织的再生上,都取得了有效的进展。

  交通事故、肿瘤手术等有时会造成神经损伤,比如人们常说的“口歪眼斜”就是面部神经损伤的典型表征。我国每年新增这类患者约40-60万例。微小的损伤,外周神经本身即可修复;而对于较长距离的损伤,其再生能力就有限了。项目组研制的有序胶原纤维和胶原导管,能够较好地恢复远距离(3.5cm以上)面神经的功能。

  干细胞移植 参与肺灌洗治疗尘肺

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       目前有效方法之一是大容量肺灌洗,但肺灌洗并不能延缓或控制纤维化进展。

  除了支架材料和生长因子,干细胞是再生医学的另外一个核心要素。干细胞是具有多向分化潜能的未分化或低分化的细胞;在上述生长因子引导之下,分化出功能细胞重建所需组织。除此之外,科学家们也在探寻更多样的干细胞修复方法。比如静脉注射,将干细胞随血液输送到病灶处进行修复。遗传发育所的再生医学科研团队正在探索利用干细胞治疗尘肺病的新疗法。

  尘肺是以肺组织纤维性病变为主的疾病,长期吸入粉尘所致;中国患尘肺病人数居世界之首,已患病人数100余万例,并且没有特效治疗方法。目前治疗方法之一是大容量肺灌洗,但肺灌洗对初级的尘肺有效,且不能延缓或控制纤维化进展。遗传发育所团队研究认为,大量的肺灌洗后,肺部会留下很多新鲜的创面,如若将干细胞与肺灌洗结合,可以让干细胞直接入肺参与组织重建。初步实验证明,此法确实对于肺缺氧、炎症等具有很大的改善作用。而且,相对于干细胞静脉输入,干细胞灌洗是一个外循环过程,安全性更高。

  项目组还有一项重要的取得阶段性进展的工作,是在临床级别间充质干细胞认证方面的工作, 中科院动物研究所的北京干细胞库(周琪研究员课题组)承担了干细胞标准化研究的任务。间充质干细胞是一类存在于多种组织(如骨髓、脐带血和脐带组织、胎盘组织、脂肪组织等),具有多向分化潜力的成体干细胞,具有来源广泛、免疫原性低等特点。这为干细胞的临床研究提供了坚实的基础。不过,目前我国对于干细胞研究尚持比较谨慎的态度,尤其对临床使用管理十分严格。对于干细胞再生修复的争议,戴建武研究员认为主要还是对安全性的担忧:干细胞是非常具有前景的生物医疗手段,但由于其全能性,进入人体后是否会出现计划外的分化,尤其是是否会发生癌变,现阶段还没有足够的实验支撑,必须严谨地对待。

  智能生物材料未来的产品转化,趋势是由简单到复杂;从最开始使用单一支架,或一种干细胞,一种生长因子引导再生到两两结合,最终三者相结合,即有可能完成体外诱导培养成完备的组织器官,如同汽车零件,达到再生修复的“私人定制”。

  相关信息

  中国科学院战略性先导科技专项,定位于解决关系国家全局和长远发展的重大科技问题,是集科技攻关、队伍孕育和平台建设于一体,能形成重大创新突破和集群优势的战略行动计划。分为两类:A类先导专项聚焦国家需求、侧重于突破关键核心科技问题,B类先导专项瞄准国际学科发展前沿、侧重于基础与交叉前沿方向布局。

 

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