豆腐、菠菜、冰塊…… 這些食材竟可在人造器官中充當組織支架
返回來稿:科技日報-紫鑫生物        2019/9/30        浏览次数:758


豆腐、菠菜、冰塊……這些素食界的中流砥柱,搖身一變將成爲器官移植的中堅力量。

《生物技術趨勢》雜誌近日發表了一篇美國馬薩諸塞州洛厄爾大學研究人員的學術評論,探討將雞蛋殼、豆腐、菠菜等日常材料用作組織支架的可行性。“這些選自天然的傳統材料似乎功能更強、更可持續、成本也更低。”論文作者美國馬薩諸塞州洛厄爾大學副教授古爾登認爲,天然材料將適用於生物醫學研究的許多領域。

據權威數據統計,我國2017年實施器官移植手術超過1.6萬例,2018年上半年實施近萬例,同比增長18%。儘管自願捐獻目前仍是我國器官移植的唯一合法來源,隨着移植技術的成熟與進步,對移植與修復器官的需求仍在不斷增長,而組織工程技術希望通過人工合成的方法成爲有益補充。因而,組織支架可及性的大幅提升很有可能爲器官移植解決“瓶頸性”難題。

为移植的功能细胞搭个“家”

對於一個組織工程的器官來說,除了發揮生命功能的種子細胞是核心之外,生物材料也是非常重要的組成部分。

“單一細胞移植不易成活,也不‘合羣’。”天津醫科大學教授顧漢卿等在總結組織工程技術的產業化現狀時介紹,必須爲組織工程化的構建提供細胞載體與組織結構支架,因此需要生物材料。通俗地說,生物材料是要爲移植的功能細胞搭個“家”,連“家”一起搬過去,讓外來的細胞有個支撐和依靠,進而成活下來。

“組織支架及其材料是影響組織構建最爲關鍵的因素之一。”顧漢卿介紹,生物材料爲種子細胞提供了適合其生長、基質合成及發揮其他功能的生物學空間,克服了細胞單獨移植中細胞不易成活、基質合成能力低下等缺點。常用於組織工程的生物材料,按來源可分爲天然材料和合成材料;按其化學成分可分爲高分子材料、生物陶瓷和生物複合材料。

由於要植入體內,甚至是人體內的核心部位,因此對於組織工程生物材料的選擇,有很多苛刻的要求,如可降解、良好的生物相容性、低免疫原性以及一定的空間結構、孔隙率、降解速率等特性。

支架材料表面的化學和物理性能對種子細胞或生長因子會造成一定的影響,也影響種子細胞的黏附和增殖,還可能影響種子細胞或生長因子的功能。例如,膠原是一種常用的支架材料,但由於目前採用的異種膠原,存在一定的免疫反應問題,對種子細胞可能有一定的影響。

隨着人們能夠在細胞分子水平上模仿大自然的“鬼斧神工”,第三代組織工程生物材料將生物活性材料與可降解材料這兩個獨立的概念結合起來,通過在可降解材料上進行分子修飾,誘導細胞增殖、分化,甚至與細胞外基質的合成與組裝,啓動機體的再生系統。

在菠菜骨骼上长出心脏组织

當主流的創新思路着力於分子水平的“合成”“再造”和苦苦尋找時,另一部分研究人員反其道而行,從觸手可及的日常材料中尋求功能更強、更可持續、成本更低的材料。

“最近的一些組織工程技術相對比較昂貴,其中一些可能需要長時間和繁瑣的優化程序來生成這些三維支架。”古爾登說,轉向自然的思路,很可能達到成本效益高、可持續發展的目的。

據報道,受菠菜密集的靜脈網絡類似於人類心臟的血管網絡這一點啓發,美國伍斯特理工學院的研究人員通過清洗植物細胞並留下植物壁基質,嘗試在菠菜骨骼上生長心臟組織。

各種其他的天然材料也在研究之中:豆腐被用作富含蛋白質的支架,通過促進細胞黏附來幫助傷口癒合;加入富含鈣的蛋殼來加強支架材料可以促進骨癒合和神經組織再生;一些研究從摺紙術中獲得了構建三維紙支架生長骨組織的靈感。

古爾登相信,直到現在蛋殼的醫療潛力仍未被開發,他和同事利用一種新的介質,可利用蛋殼生長新的骨組織,幫助骨骼創傷後再生。目前他們已經在老鼠身上進行實驗,將來很可能用於治療骨折等各類骨損傷人羣。科學家會在受損的骨組織部位移植新的組織,這種新材料能夠加快骨移植的癒合。

古爾登說,將骨細胞凝膠混合物植入大鼠後發現相容性良好,從接受移植的人身上收集骨細胞匹配後可用於人類骨折的治療。全球每年扔掉的數百萬噸蛋殼垃圾,將獲得另一種利用途徑。

目前,科學家對回溯自然的生物材料的研究感到樂觀,大大降低成本是這些自然衍生品不可替代的優勢。不僅爲器官來源“解渴”,而且大大降低臨牀使用價格,將使得器官移植的廣泛應用成爲可能。但“田園風”的組織再造距離真正的臨牀試驗還有一段距離,在此之前,還有確定標準方案、驗證生物材料療效、患者安全性等很長的路要走。

日期:2019-09-25

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