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前沿院博士生在改进组织工程支架材料方面取得新成果

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    骨骼肌组织修复是当下组织工程领域关注的焦点之一。人体骨骼肌会因机械创伤、化学毒素、生物因素等造成自身不可修复的损伤,而骨骼肌组织工程体外培养为受伤骨骼肌修复提供了一条可行之路。组织工程通过提取骨骼肌受损患者自身细胞,将其置于组织工程支架上进行培养、增值、再诱导其分化成骨骼肌组织,最终将成熟的骨骼肌植入患者,从而实现对已丧失的骨骼肌组织的修复,让患者重新拥抱健康的生活。 骨骼肌组织工程涉及细胞、生长因子和组织工程支架材料等三方面。其中支架材料起到支持细胞生长、保持特定形状、物质交换等重要功能。骨骼肌组织工程不仅要求组织工程支架材料具有生物相容性好(利于细胞生长)、可降解(随着新组织生长而消失),随着研究的推进,进一步需要支架材料的力学性能与相应组织匹配,从而利于细胞朝特定的方向分化,同时需要加入生物活性功能,以进一步催化细胞的定向分化,例如电活性功能,它能促进成肌细胞(C2C12)进行成肌分化。 聚乳酸(PLA)是当下应用最为广泛的组织工程治疗材料之一,它是被美国食品及药物管理局(FDA)认证的具有良好生物相容性的生物医用材料,在生物医药领域的应用包括免拆型手术缝合线、药物缓解包装剂、人造骨折内固定材料、组织修复材料、人造皮肤等。但其具有脆性(断裂拉伸小于10%)和缺乏生物活性等缺陷降低了成肌分化的速率,从而能限制了它在骨骼肌组织工程上的应用。目前急需制备一类新型的韧性好、且具有电活性的组织工程支架材料来满足骨骼肌组织工程需要。 近日,前沿院生物工程与再生医学研究中心在读博士研究生谢美华在电活性可降解高分子材料促进成肌细胞(C2C12细胞)成肌分化方向取得进展,并以第一作者的身份在国际著名生物材料专业期刊Biomaterials上发表题为“Ductile electroactive biodegradable hyperbranched polylactide copolymers enhancing myoblast differentiation”的最新成果(论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961215007085),Biomaterials在国际生物材料专业期刊中排名第一,影响因子8.5,该论文是在马晓龙教授和郭保林老师的共同指导下完成,第一作者和通讯作者均为西安交通大学。 谢美华同学通过化学交联的方法实现了新型电活性聚乳酸支架材料的合成、表征和制备。这种新型超支化的聚乳酸(HPLA),其韧性相对于普通线性聚乳酸(PLA)有了巨大的提高(断裂拉伸达158%),克服了聚乳酸自身的脆性(断裂拉伸不超过10%),同时具有生物活性:电活性。研究将C2C12成肌细胞在该具有电活性的柔韧聚乳酸HPLAAT6材料上培养进行成肌分化,相比于非电活性的HPLA(附图左),染色结果显示有更多的肌管(与肌肉的收缩功能密切相关)形成(附图右),并且基因和蛋白水平的结果也显示此电活性的柔韧聚乳酸HPLAAT6材料更能促进C2C12细胞的成肌分化,为骨骼肌组织工程的体外成肌分化提供了一种新型的电活性材料。 这一新型电活性的超支化聚乳酸的研发为骨骼肌组织工程的细胞体外培养、形成功能性的新的肌肉组织提供了一种新材料,促进了C2C12成肌细胞形成成熟的肌肉组织,为骨骼肌组织工程支架材料的研制和应用提供了新的思路。 该项研究工作获得国家“千人计划”项目、国家自然科学基金、西安交通大学启动基金等支持。
2015-08-31
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