研究人员使用实验室生长的组织移植物进行个性化关节置换

10月14日，2020年 - 颞下颌关节（TMJ），形成下颌后部并将钳口连接到头骨，是一种由软骨和骨骼组成的解剖学上复杂和高负荷的结构。仅在美国约有1000万人患有出生缺陷，创伤或疾病引起的TMJ功能障碍。目前的治疗范围从类固醇注射提供，只提供暂时的疼痛缓解，使用假体装置或供体组织进行手术重建，并且通常不能提供持久的修复。研究人员寻求一种更好的方法来治疗TMJ，包括调查在实验室中生长的生物TMJ移植物，可以与本地组织整合，随着时间的推移重塑关节，并为患者提供终身功能。

来自哥伦比亚工程学院、哥伦比亚牙科医学院、路易斯安那州立大学医学院、LaCell LLC和Obatala科学的多学科团队现在已经生物工程活软骨-骨TMJ移植，在生物学和解剖学上都与受体精确匹配。他们最近的研究，今天发表在科学翻译医学在2005年开始的生物工程功能软骨和骨骼再生医学和疾病组织模型的基础上，他们取得了一系列的进展。

作者使用Yucatan Minip使用收件人自己的细胞来建立他们的TMJ重建方法。该团队从每只动物获得的少量脂肪中分离干细胞，将细胞扩展到培养物中以获得足够的数字接枝，并诱导它们进入软骨和成骨细胞。利用成像引导制造技术，研究人员将临床使用的脱细胞牛骨基质制成被修复的颞下颌关节的精确形状。他们将成骨细胞注入该支架，同时通过压实1毫米厚的间充质细胞表层诱导软骨形成。他们建造了与之匹配的生物反应器室，这样支架就像手套里的一只手一样紧紧地嵌在里面。

由于软骨和骨骼形式在不同的环境条件下，所以TMJ移植物的形成需要一个专门的生物反应器，其为两个组织区域提供单独的骨和软骨培养基供应。研究人员通过骨骼优化了培养基的灌注并在软骨表面上流动，以满足两个组织的明显不同的营养和物理信号传导要求。一旦满足所有苛刻的条件，该团队将植入个性化TMJ移植物植入实验动物六个月以确定移植物的结构和功能替代天然关节的能力。

“我们在这项新工作中发现的是变革性的，”团队的Pi Gordana Vunjak-Novakovic说，大学教授，生物医学工程与医学科学教授，以及牙科医学教授。“这些移植物具有与周围组织的良好的天然分层外观，并提供了天然关节的生物和机械功能。我们认为这种方法可以扩展到生物工程的其他关节，并建立高保真模型用于研究关节疾病。“

Vunjak-Novakovic指出，这个多机构研究团队的规模和特点是由18名在生物工程、外科、干细胞，成像，生物反应器设计和数学建模反映了这个转化项目的复杂性，它花了四年的时间来完成。

使用双流生物反应器对研究至关重要。“开发这种唯一的生物反应器是对形成复合软骨骨移植的乐器，”Vunjak-Novakovic说。“每种组织都在自己的”利基中“，同时通过漫射因素来允许软骨和骨之间的沟通，就像我们的身体一样。通过创造性的实验和建模，我们需要克服的额外难度。学习。”

该研究的主要作者David Chen和Josephine Wu是在Vunjak-Novakovic实验室工作的生物医学工程博士生，他们补充说:“看到我们组织移植的进化是非常令人兴奋的。每一个阶段都是一个里程碑，从在实验室中获得一个初生的薄层软骨，到植入到愈合的关节间隙后的第一眼，完全形成了一个完整的分层软骨。”

巧合的是，该研究发表时，epiBone公司正从Vunjak-Novakovic实验室成立，该公司正在开发骨骼、软骨和复合骨骼的管道软骨产品，正在启动I / II阶段临床研究评价其在需要重建的下颌连续性缺损患者中的骨产物。这个临床试验是为了创造生命骨这种移植可以成为患者身体的无缝部分，其基础技术与目前的研究相同。

调查人员强调，在患者量身定制的TMJ移植物中需要做更多的工作可以成为临床现实。需要研究超过更长的时间，以充分了解组织重塑的进展。此外，研究人员有兴趣扩展其方法，以探索患者人口的多样性，并根据年龄，性别或骨骼疾病的存在或相关的全身状况调查TMJ修复。

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