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人造肌肉片将干细胞转化为骨骼

干细胞以能够转化为许多不同类型的细胞(肌肉细胞,软骨或骨细胞)而闻名。就像它们是身体的一部分一样,干细胞会感知周围发生的事情并做出相应的反应。几十年来,研究人员一直在学习如何通过改变细胞的环境来指导这种分化过程。所获得的知识已经用于组织工程中,换言之,可以生成替代材料来恢复或维护受损的生物组织。然而,大多数研究已经在静态支架上进行。现在,Helmholtz-Zentrum Geesthacht(HZG),柏林-勃兰登堡再生疗法中心,柏林弗赖恩大学和亥姆霍兹医学多功能生物材料虚拟研究所的研究人员都使用了动态支架。

创建新方法

研究人员拍摄了一块像人造肌肉一样的聚合物片。片材具有非同寻常的性能,因为它经过反复培训,可在反复的温度变化下可逆地变形。研究人员只是简单地在薄板的底部上模制了一个网格,并对其编程以使其随着温度从体温(37°C)升高至10°C而伸展,并在重新加热时收缩。然后,他们在床单上植入干细胞,并仔细观察网格和床单的形状变化。借助这种“人造肌肉”,科学家们可以利用一种物理信号-温度变化-同时向干细胞发送另一种机械信号。通过这些同步刺激,可以鼓励干细胞将自身转化为骨细胞。

“我们的聚合物致动器片具有所谓的形状记忆功能。在我们的实验中,这使其可以像换能器一样发挥作用,利用它我们可以有效地指导细胞进行所需的操作。我们发现温度变化,结合薄膜的反复拉伸运动足以促使干细胞分化为骨细胞。”论文作者,德国特尔托夫HZG生物材料科学研究所所长Andreas Lendlein教授解释说。

在复杂骨折中的潜在应用

“例如,程序化的聚合物片材以后可用于治疗严重断裂的骨头,以至于身体无法自行修复。来自患者骨髓的干细胞可在该片材上进行培养,并在治疗过程中适应性地包裹在骨头周围以前的“训练过的”细胞可以直接增强骨骼。”伦德林教授说。鉴于最近发表在《新科学家》杂志上的一篇关于马里兰大学医学院在10°C下成功手术的报道,这种医用植入物可能成为外科医生工具包中的又一工具。

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