美研發(fā)新型人體組織替代材料，可為肌腱傷者保留運動能力

　　麻省理工學(xué)院(MIT)的研究團隊研發(fā)了一種新型人體組織替代材料，此材料由涂有活體干細胞的納米纖維線組成，有望在維持正常或部分運動機能的情況下，幫助受損組織快速恢復(fù)。

　　眾所周知，熱衷跑步健身的人，對于膝蓋的健康十分關(guān)切。一旦膝關(guān)節(jié)這樣的關(guān)鍵部位受到損傷，就會導(dǎo)致人體的運動機能大打折扣，手術(shù)修復(fù)、靜養(yǎng)和完全愈合的時間短則數(shù)周，長則數(shù)年，期間只能進行有限的活動，不然很可能會二次受傷。

　　研發(fā)的新材料看起來像是很多根細線擰成的一股繩。每一股都包含了數(shù)十萬根具有生物相容性的納米纖維，它們以特殊的螺旋方式纏繞在一起，看起來有點像電話的手柄線，即使拉伸和彎曲多次也不會損傷表面脆弱的細胞，而之所以在材料表面涂上干細胞，是因為它們可以順著納米纖維線自然排列和生長，最終形成對應(yīng)的人體組織，比如肌肉和肌腱。

　　該研究發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。

　　受龍蝦啟發(fā)的柔性材料

　　研究負責(zé)人麻省理工學(xué)院機械工程助理教授郭明表示，他是受到龍蝦腹部薄膜的啟發(fā)，才發(fā)明出這種新型納米纖維繩。

　　郭明此前的研究成果指出，龍蝦擁有獨特的腹部組織，其中的薄膜不僅韌性超強，還具有很強的彈性，甚至可以與橡膠輪胎相提并論。他的團隊仔細觀察后發(fā)現(xiàn)，切割后的組織薄膜呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)，類似于人類制造的膠合板結(jié)構(gòu)。郭教授認為，如果能開發(fā)出具有類似強韌度的柔性材料，沒準可以應(yīng)用在人體中經(jīng)常伸展的部位，比如肩部和膝蓋。

　　通常來講，水凝膠是這一領(lǐng)域的熱門研究方向，比如用來制造肌肉等組織。但進一步考慮，想要在上面涂上肌肉或者其它干細胞，幫助人體組織恢復(fù)，那么僅憑水凝膠是很難實現(xiàn)的。因為雖然水凝膠具備很強的延展性，但它在拉伸的同時，也會拉斷表面細胞之間的連接，導(dǎo)致細胞死亡。兩者的關(guān)系就類似于口香糖粘在紙巾上，一扯口香糖，就會連帶撕下來一小片紙，破壞了紙巾。

　　所以，想要設(shè)計出一種幫助肌肉和肌腱恢復(fù)的材料，不僅要考慮材料的延展性，還必須考慮到如何在大力拉伸時保護細胞。

　　緊密的螺旋結(jié)構(gòu)

　　在人體中，真正肌腱組織由排列整齊的蛋白質(zhì)纖維束組成，它們纏繞在一起呈螺旋狀，肌肉細胞就沿著螺旋狀結(jié)構(gòu)生長。如果拉伸蛋白質(zhì)纖維，細胞就會順著螺旋方向旋轉(zhuǎn)，緊貼在上面而不會斷裂或損壞。這正是研究團隊所需的靈感。他們隨后開始嘗試利用人造材料復(fù)制這種結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對細胞的保護。

　　首先，研究人員使用了靜電紡絲技術(shù)，創(chuàng)造了數(shù)十萬根對齊的納米纖維。這種技術(shù)可以在高壓靜電的作用下，通過聚合物溶液制造出超細的纖維絲。他們使用了纖維素(cellulose)等具有良好生物相容性的材料，適合植入到人體中。

　　隨后，研究人員將這些排列整齊的纖維捆綁在一起，慢慢扭曲成螺旋形狀，再一次將整體扎緊，形成一根紗線似的產(chǎn)物，寬度約為0.5毫米。這些紗線最后被“包裹”上很多活細胞，包括肌肉細胞和間充質(zhì)干細胞等。

　　螺旋纖維紗的制備與表征

　　郭教授團隊在測試中發(fā)現(xiàn)，將每個螺旋(纏繞后的纖維線)拉伸到原始長度的6倍以后，大多數(shù)細胞仍然可以存活，而且會隨著拉伸繼續(xù)生長。有趣的是，如果將細胞放在相同材質(zhì)，但螺旋結(jié)構(gòu)更松散的纖維線上時，細胞反倒更不容易存活。這意味著緊密的螺旋結(jié)構(gòu)起到了保護細胞的作用，越緊密保護效果越好。

　　強拉伸下螺旋支架保護細胞免受損傷

　　螺旋支架對肌細胞生成促進作用

　　在未來，研究團隊計劃使用其他生物相容性材料制造類似的纖維紗，并且可能會嘗試將其植入皮膚下的人體受損組織中。

　　相比水凝膠等技術(shù)，這項技術(shù)的優(yōu)勢在于富有彈力的纖維線可以作為新細胞生長的臨時支架，因此在肌肉組織恢復(fù)的過程中，可以保證受傷部位具有一定的運動機能，而且在組織得到修復(fù)之后，這些材料就會溶解掉，只留下新長出的細胞和組織。