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山东高空乐鱼体育官网登录:“纳米纤维纱线”用于弹性保护性人造组织

 

涂有活细胞的扭曲纤维可以帮助受伤的肌肉和肌腱愈合。

 

人体通过肌腱和肌肉的复杂缆绳系统固定在一起,由自然界设计为坚韧且高度可拉伸。对任何这些组织的损伤,特别是在肩关节或膝关节等主要关节中,可能需要手术修复和数周的有限活动度才能完全愈合。

 

现在,山东高空乐鱼体育官网登录的工程师们已经提出了一种组织工程设计,可以在愈合过程中实现受伤肌腱和肌肉的灵活运动。

 

该团队设计了带有活细胞的小线圈,他们说这些线圈可以作为修复受损肌肉和肌腱的弹性支架。线圈由数十万个生物相容的纳米纤维制成,紧密地扭曲成类似于微型航海绳索或纱线的线圈。

 

研究人员在纱线上涂上活细胞,包括肌肉和间充质干细胞,它们沿着纱线自然生长和排列,形成与肌肉组织相似的模式。研究人员发现,纱线的盘绕配置有助于保持细胞的活力和生长,即使团队拉伸和弯曲纱线多次。

 

在未来,研究人员设想医生可以使用这种新的柔性材料对患者的受损肌腱和肌肉进行排列,这些材料将涂有构成受损组织的相同细胞●!吧聪摺钡牡钥梢园镏只颊叩脑硕段В毙孪赴绦ひ蕴婊皇芩鹱橹

 

“当你修复肌肉或肌腱时,你必须通过穿靴子来固定一段时间,”山东高空乐鱼体育官网登录机械工程助理教授Ming Guo说●!坝辛苏庵帜擅紫宋聪撸M牵悴槐卮┱庋亩鳌●!

 

郭和他的同事本周在“山东矗峰科学院院刊”上发表了他们的研究结果。他的山东高空乐鱼体育官网登录的合着者是李一维,俞坤坤,萨蒂什古普塔和胡良良。该团队还包括北京航空航天大学的王凤云,王亚琼,女王和赵勇。

 

坚持口香糖

 

这种新型纳米纤维纱线的灵感部分来自该集团之前对龙虾膜的研究,他们发现甲壳类动物的坚韧而有弹性的下腹部是由于层状的胶合板状结构。每个微观层包含数十万个纳米纤维,所有纳米纤维都以相同的方向排列,其角度略微偏离正上方和下方的层。

 

纳米纤维的精确对准使得每个单独的层在纤维排列的方向上具有高度可拉伸性。郭先生的工作重点是生物力学,他将龙虾的天然弹性图案作为设计人造组织的灵感,特别是对于身体的高伸展区域,如肩部和膝部。

 

郭说,生物医学工程师已将肌肉细胞嵌入其他弹性材料(如水凝胶)中,以试图塑造柔韧的人造组织。然而,虽然水凝胶本身是有弹性和坚韧的,但嵌入的细胞在拉伸时往往会松开,就像纸巾粘在一块口香糖上一样。

 

“当你在很大程度上使像水凝胶这样的材料变形时,它会被拉伸得很好,但细胞不能吸收它,”郭说●!盎钕赴敲舾械模蹦闵煺顾鞘保腔崴劳觥●!

 

在一个紧身的住房

 

研究人员意识到,仅仅考虑材料的可拉伸性不足以设计人造组织。该材料还必须能够保护细胞免受材料拉伸时产生的严重应变。

 

该团队寻找实际的肌肉和肌腱以获得进一步的灵感,并观察到组织是由对齐的蛋白质纤维束制成,盘绕在一起形成微观螺旋,肌肉细胞沿着这些螺旋生长。事实证明,当蛋白质线圈伸展出来时,肌肉细胞就会旋转,就像粘在紧身上的小纸巾一样。

 

郭希望将这种天然,有弹性的细胞保护结构复制为人造组织材料。为此,该团队*先使用静电纺丝技术创造了数十万个对齐的纳米纤维,这是一种利用电力将超薄纤维从聚合物或其他材料的溶液中旋出的技术。在这种情况下,他生成了由生物相容性材料如纤维素制成的纳米纤维。

 

然后,研究小组将对齐的纤维捆绑在一起并慢慢扭曲,形成一个螺旋形,然后是一个更紧密的线圈,最*类似于纱线,尺寸约为半毫米。*后,他们沿每个线圈接种活细胞,包括肌肉细胞,间充质干细胞和人乳腺癌细胞。

 

研究人员然后反复将每个线圈拉伸至其原始长度的六倍,并发现每个线圈上的大多数细胞保持活着并且随着线圈拉伸而继续生长。有趣的是,当他们将细胞接种在由相同材料制成的较松散的螺旋形结构上时,他们发现细胞不太可能保持活力。郭说,更紧密的线圈的结构似乎“庇护”细胞免受损害。

 

展望未来,该集团计划使用其他生物相容性材料(如丝绸)制造类似的线圈,最*可能会将其注入受伤组织。线圈可以为新细胞的生长提供临时的,灵活的支架。一旦细胞成功修复损伤,支架就会溶解掉。

 

“我们有朝一日可能会将这些结构嵌入皮肤下,并且[线圈]材料最*会被消化,而新细胞则会被放置,”郭说●!肮赜谡庵址椒ǖ暮么κ牵浅F毡椋颐强梢猿⑹圆煌牟牧稀U饪赡芑*大地推动组织工程的*限●!

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