利用生物材料从内部再生身体

- 编辑:大众自然网 -

利用生物材料从内部再生身体

成功的组织再生对愈合损伤或替换骨骼、皮肤、神经系统和肌肉、肾脏、肝脏、肺和心脏等器官中的部分病变或受损组织有重大好处。但人体自身系统修复此类损伤的效果可能会有很大差异,这取决于涉及的组织类型和位置。组织工程师们一直在努力通过创造一种叫做生物材料的物质来解决这些限制,生物材料可以用各种方式来增强身体的愈合能力。在《自然材料评论》最近的一篇文章中,Terasaki研究所主任兼首席执行官Ali Khademhosseini博士和他的同事们讨论了生物材料在组织再生中的应用。

在使用生物材料时,有两种常用的方法。在第一种和更传统的方法中,生物材料在体外与适当的细胞和生物分子混合,然后植入受伤部位。然后,植入的组织被允许发育成具有功能和再生的组织,作为受损组织的替代品。在第二种方法中,在植入人体之前,不需要添加细胞就能制造出专门设计的生物材料。植入材料的设计目的是刺激和增强人体自身的细胞和化学愈合机制,以产生再生组织。

两种方法都是有效的,但第二种方法有明显的优势;这刺激了它最近的使用趋势。由于在形成生物材料的过程中不涉及使用活细胞,因此生物材料的植入就不需要受制于许多调节障碍。有更多的生物材料系统可用于临床使用的这种方法,这有助于设计各种生物材料,以促进和调节许多事件的一部分,身体的自然愈合过程。

当身体受伤时,会经历三个阶段:炎症、新组织形成和组织重塑。在炎症阶段,各种各样的免疫细胞会移动到受伤的部位,清除死细胞和感染的迹象,并发出信号招募额外的细胞来取代受损的细胞。在第二阶段,被招募的细胞开始繁殖,并在该部位形成由血管网络支撑的细胞基质。在第三阶段,基质被重组和重新合成,以创造新的组织。

研究人员可以设计出在这些阶段影响事件的生物材料。实现这一目标的一种方法是改变生物材料的物理和化学特性。这些因素极大地影响细胞的功能、迁移和增殖。生物材料的硬度、孔径和分布、表面结构和降解率等物理特性可以通过操纵来促进人体自身修复细胞到损伤部位的招募。生物材料的化学性质也可以被操纵以呈现生物分子,这将刺激招募的细胞生长和繁殖。

生物材料的另一个重要影响是在它的使用“重新编程”的身体再生细胞的遗传水平。生物材料可以提供控制基因表达的因素,这些基因表达是将细胞从一种类型转换为另一种类型所必需的。其他因素可能会导致组织修复所需的蛋白质的生产。此外,生物材料还可以通过携带基因编辑工具的纳米颗粒传递其他因素。这些工具可以在参与愈合过程的细胞内进行精确的基因编辑。

生物材料制造方面的进步,如3d打印,以及生物材料或生物墨水的多样化,提高了更精确地制造复杂或定制植入物的能力。在不久的将来,这一领域可能会有更多的进展。

生物材料发展的最新进展增加了它在增强人体自然能力方面的潜力。未来表征生物材料性能的方法,如人工智能平台和“组学”技术,可以在分子水平上提供进一步的见解。朝着这个方向发展,可以使下一代生物反应材料的开发更加成功。

“利用人体的再生潜力,通过工程生物材料是一种简单而有效的方法来替代受伤或患病的组织。因此,下一代的发展bio-responsive材料来调节行为的内源性细胞有望为原位组织再生中发挥关键作用,”Akhilesh k . Gaharwar博士说,该研究的第一作者、生物医学工程系副教授德州农工大学。

“预计,当我们了解更多关于生物机制调节身体,它将使更好的为组织再生生物材料的发展,“Khademhosseini说:“这个研究领域是一个重要的组件内的多个手臂寺崎医学研究所和可能改变未来。”