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豆腐、菠菜、冰块…… 这些食材竟可在人造器官中充当组织支架

2019-11-03 13:36:32 作者:匿名

生物前沿

豆腐、菠菜和冰块,素食团体的支柱,将成为器官移植的支柱。

《生物技术趋势》杂志最近发表了一篇由马萨诸塞州洛厄尔大学的研究人员撰写的学术评论,探讨了将蛋壳、豆腐、菠菜和其他日常材料用作组织支架的可行性。"这些从自然中选择的传统材料似乎更实用、更可持续、更便宜."作者古尔登是马萨诸塞州洛厄尔大学的副教授,他认为天然材料将适用于生物医学研究的许多领域。

根据权威统计,2017年中国进行了16,000多次器官移植,2018年上半年进行了近10,000次,同比增长18%。尽管目前自愿捐献仍是我国器官移植的唯一合法来源,但随着移植技术的成熟和进步,对器官移植和修复的需求仍在增加,组织工程技术希望通过人工合成成为有益的补充。因此,组织支架可及性的显著提高有可能解决器官移植的“瓶颈”问题。

为移植的功能细胞建立一个“家园”

对于组织工程器官来说,除了种子细胞外,生物材料也是非常重要的组成部分,它们起着至关重要的作用。

"单细胞移植不容易生存,也不“合群”. "天津医科大学教授顾汉卿等人在总结组织工程技术产业化现状时,介绍了组织工程建设必须提供细胞载体和组织结构支架,因此需要生物材料。广义地说,生物材料是为移植的功能细胞建造一个“家”,甚至把“家”搬到一起,这样外来细胞就可以有一个支撑和依靠,然后生存下来。

"组织支架及其材料是影响组织构建的最关键因素之一."顾汉卿介绍说,生物材料为种子细胞提供了适合其生长、基质合成等功能的生物空间,克服了单纯细胞移植中细胞存活困难、基质合成低的缺点。组织工程中常用的生物材料根据来源可分为天然材料和合成材料。根据其化学组成,可分为高分子材料、生物陶瓷和生物复合材料。

由于植入体内,甚至人体的核心部位,对组织工程生物材料的选择有许多严格的要求,如可降解性、良好的生物相容性、低免疫原性、一定的空间结构、孔隙率、降解率等特性。

支架材料表面的化学和物理性质将在一定程度上影响种子细胞或生长因子,也影响种子细胞的粘附和增殖,还可能影响种子细胞或生长因子的功能。例如,胶原蛋白是一种常用的支架材料,但由于目前使用的异种胶原蛋白,存在一定的免疫反应问题,这可能对种子细胞有一定的影响。

随着人们能够在细胞和分子水平上模仿大自然的“不可思议的工艺”,第三代组织工程生物材料将生物活性材料和可降解材料两个独立的概念结合起来,通过对可降解材料的分子修饰来启动人体的再生系统,从而诱导细胞增殖、分化,甚至与细胞外基质合成和组装。

心组织生长在菠菜骨头上

当主流创新理念聚焦于“合成”、“重建”和分子层面的艰难探索时,另一部分研究人员则相反,从日常材料中寻找功能更强、可持续和成本更低的材料。

“一些最近的组织工程技术相对昂贵,其中一些可能需要长时间和繁琐的优化程序来生成这些三维支架。”古尔登说,转向自然思维可能会实现成本效益高和可持续发展的目标。

据报道,受菠菜的密集静脉网络与人类心脏血管网络相似这一事实的启发,美国伍斯特理工学院(Worcester Institute of Technology)的研究人员试图通过清洗植物细胞,留下植物壁基质,在菠菜骨头上生长心脏组织。

其他各种天然材料也在研究中:豆腐被用作富含蛋白质的支架,通过促进细胞粘附来帮助愈合伤口;加入富含钙的蛋壳强化支架材料可以促进骨愈合和神经组织再生。一些研究从折纸术中获得了构建三维纸支架来生长骨组织的灵感。

古尔登认为蛋壳的医学潜力直到现在才被开发出来。他和他的同事使用一种新的培养基从蛋壳中生长新的骨组织,并帮助外伤后的骨再生。目前,他们已经在小鼠身上进行了实验,将来有可能用于治疗各种骨损伤组,如骨折。科学家将把新组织移植到受损的骨组织中。这种新材料可以加速骨移植的愈合。

古尔登说,骨细胞凝胶混合物被植入大鼠体内后被发现具有良好的相容性,从移植受体收集的骨细胞在匹配后可用于治疗人体骨折。世界上每年丢弃的数百万吨蛋壳废料将会以另一种方式使用。

目前,科学家对天然生物材料的研究持乐观态度,大幅降低成本是这些天然衍生物不可替代的优势。它不仅“解渴”器官来源,而且大大降低了临床使用价格,使器官移植的广泛应用成为可能。然而,“田园风格”的组织重建离真正的临床试验还有很长的路要走。在此之前,在确定标准方案、验证生物材料的功效、患者安全等方面还有很长的路要走。(记者张家星)

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