2018年3月8日,

修复骨折的工程软骨模板

康州大学健康学院的研究人员设计了一种新型混合水凝胶系统，以帮助解决受伤时修复骨骼的一些挑战。由骨科副教授Syam Nukavarapu领导的康涅狄格大学健康小组在最近一期的《科学》杂志上描述了他们的发现生物医学材料研究杂志B辑该研究被刊登在杂志封面上。

成人骨骼中有200多块骨头，大小从几毫米到一英尺多不等。这些骨骼是如何形成的，以及在受伤后如何修复的，这对再生医学领域的许多研究人员提出了挑战。

人类骨骼发育的两个过程帮助我们身体所有骨骼的形成和生长。这些过程分别被称为膜内骨化和软骨内骨化，IO和EO。虽然它们都很重要，但IO是形成扁平骨的过程，EO是形成股骨和肱骨等长骨的过程。

对于这两个过程，都需要通用间充质干细胞(MSCs)来触发新细胞的生长骨。尽管有这种相似性，但在实验室里重建IO明显更容易，因为MSCs可以直接分化或分化成成骨细胞，无需采取任何其他步骤。

然而，这种相对的简单性也有局限性。为了规避与骨基质相关的问题，康州大学健康研究组开始开发一种工程化的细胞外基质，使用水凝胶通过EO指导和支持骨的形成。

Nukavarapu在生物医学工程和材料科学与工程部门担任联合任命，他说:“迄今为止，很少有研究关注软骨内成骨的基质设计，以再生和修复长骨。”“通过开发混合水凝胶组合，我们能够形成一个工程化的细胞外基质，支持软骨模板的形成。”

Nukavarapu指出，血管化是节段性骨缺损修复和再生的关键。io形成的骨骼的主要问题是由于缺乏血管，也称为血管化。这意味着IO不能再生足够的骨组织来修复创伤或骨质疏松等退行性疾病造成的大型骨缺损。尽管许多研究人员已经尝试了各种方法，但成功地用IO再生骨血管化仍然是一个重大的挑战。

另一方面，血管化是EO的自然结果，由于软骨模板的发展，软骨细胞肥大，最终骨组织形成。

IO的简单性带来了局限性，而EO的好处则带来了复杂的平衡行为。EO需要不同元素精确的空间和时间协调，如细胞、生长因子和细胞外基质，或支架，MSCs附着、增殖和分化。

为了在实验室中实现这种微妙的平衡，Nukavarapu和他的同事们结合了两种已知的促进组织再生的材料——纤维蛋白和透明质酸——来创造一种有效的细胞外基质，用于长骨形成。纤维蛋白凝胶模仿人类骨骼间充质干细胞并促进它们的凝结，而这是MSC分化成软骨细胞所必需的。透明质酸，一种自然发生的生物聚合物，模仿分化成软骨细胞生长和增殖过程的后期阶段，也被称为肥厚-成软骨分化。