更好更好的关节移植:仔细看看微机械失配影响软骨再生

一个协作的团队,其中包括寺崎生物医学创新研究所的科学家们(TIBI)少数,伊利诺伊大学芝加哥(UIC)和浦项市科技大学(POSTECH)阐明一些要点关节软骨的生成促进和替代骨形成是可以避免的。他们的发现铺平了道路设计更多的战略工程移植成本更低,更有效的治疗关节软骨损伤的方法比现有的方法。

由于有限的血液供应和小关节的软骨细胞数量,身体很难愈合受损软骨。目前的治疗方法包括移植病人的完整的从一个关节软骨受损,增加血液流动通过小洞受损的关节的影响下的骨软骨),或者从一个联合移植患者的软骨细胞到另一个地方。这些方法是昂贵和不充分的恢复功能受损的关节。

一个更好的选择对于软骨修复涉及人类间充质干细胞的使用(hMSCs),容易获得细胞可以更新和分化成各种类型的细胞,包括软骨细胞。这些细胞移植可以设计更有效的软骨再生。

身体的关节和软骨再生的监管是非常复杂的,不仅通过化学信号和外部力量的影响,但通过机械性能在联合本身。关节内软骨细胞包围着两个截然不同的层(PCM)和pericellular矩阵细胞外基质(ECM)。

PCM是窄,软层紧密围绕着软骨细胞。ECM是一个硬层周围的PCM锚和为细胞提供结构支撑。众所周知,机械性能周围的矩阵可以影响hMSC软骨形成,柔软,faster-degrading矩阵驱动关节软骨形成和硬,slower-degrading矩阵促进软骨过度增长会导致不良的骨形成。

如果一个工程师植入物来取代受损的软骨,因此,这些微机械属性必须尽可能重现推动适当的软骨再生和集成与本机软骨健康。还必须考虑一个外部机械应力在植入物的影响,从而影响细胞的行为。

研究人员检查这些属性及其通过创建创新的影响软骨组织等价物作为模型的本地软骨。创建一个PCM模型,他们使用微流体技术来创建嵌入hMSCs均匀大小的迷你水凝胶滴。这些迷你水凝胶被封装在一个模拟ECM的聚合物层。

模拟常规的肢体动作上关节,科学家们使用了一个芯片,应用压力hMSC-laden PCM / ECM模型与特制微机械属性不匹配和测量产生的生物分子。从这些实验中,科学家们能够找到最优条件更好的软骨再生,同时减少过度软骨形成。

这些研究结果也证明了在动物模型。PCM / ECM组织下植入小鼠模型,应用外部压力时,组织的微机械失配影响软骨形成成功维持三周时间。

科学家们的总体结论PCM刚度退化和微机械不匹配的属性PCM-ECM与循环协同机械压缩驱动hMSCs理想的软骨形成。

TIBI董事和首席执行官阿里Khademhosseini少数博士说,“在软骨修复的各种困难,我们的科学家的工作理解管理的机制,这是一个急需的一步成功创建功能和再生软骨组织。”

该研究发表在《华尔街日报》事。