【科普知識】磁場指導組織重建，助力軟骨再生

2020-11-03 蘭州科協


近日，來自美國賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的研究人員利用磁場和水凝膠開發了一種重建複雜人體組織的新方法，可能有助於持久修復軟骨退化等常見損傷。相關論文於當地時間10月19日發表在《高級材料》雜誌上。

　　「為使細胞產生新的組織，一些研究人員會在細胞中加入磁性顆粒讓它們對磁場產生反應，但這種方法可能會對細胞健康產生影響。而我們的方法並不改變細胞本身，而是通過操縱細胞周圍環境的磁性特徵來排列細胞，從而產生新的複雜組織。」論文第一作者Hannah Zlotnick介紹道，她是賓夕法尼亞醫學院麥凱整形外科研究實驗室的生物工程研究生。

　　人體內的軟骨組織經常會破裂，造成關節疼痛。通常情況下，軟骨只是在一定區域形成了部分缺損，目前的修複方法是使用合成材料或生物材料來填補這些缺損。然而，這些材料雖有一定效果，但仍會隨使用磨損，因為它們和原本的生物材料並不完全一樣，不能以同種方式粘合。

　　Zlotnick解釋說：「修復軟骨或其他類似組織之所以如此困難，是因為它們的組成非常複雜。軟骨表面細胞濃度很高，但在與骨頭接觸的軟骨深處，細胞含量是很低的。」

　　為解決以上難題，研究人員嘗試通過「重建」的方式來修復軟骨缺損。他們發現在三維水凝膠溶液中加入磁性液體後，細胞和其他非磁性物體（包括藥物遞送微囊）可以通過外部磁場的作用，排列成類似自然組織的特定結構。

　　在與磁場短暫接觸後，水凝膠溶液（以及其中的物體）暴露在紫外線下進行「光交聯」固定，隨後磁性溶液擴散，維持了工程組織必要的細胞梯度。

　　通過這種「磁排版」技術，研究小組重建了關節軟骨。通訊作者、整形外科和生物工程教授Mauck說：「與標準的統一合成材料或生物製品相比，這些組織在細胞配置和機械性能方面更像天然組織。」雖然這項技術目前還局限於體外研究，但它是實現更加持久、有效的活體組織修復的第一步。

科界原創

編譯：花花

審稿：西莫

責編：陳之涵

期刊來源：《高級材料》

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