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研究人员使用实验室种植的植物组织进行个性化关节置换

纽约,纽约-2020年10月14日-颞下颌关节(TMJ)形成下颌骨的后部并将您的下颌骨连接到您的头骨,是解剖学上复杂且由软骨和骨骼组成的高负荷结构。仅在美国,就有约一千万人因先天缺陷,外伤或疾病而患有TMJ功能障碍。当前的治疗范围从仅提供暂时性疼痛缓解的类固醇注射到使用假体装置或供体组织进行的外科手术重建,常常不能提供长期的修复。研究人员一直在寻找一种更好的方法来治疗TMJ,包括研究在实验室中生长的生物TMJ移植物,这些移植物可以与天然组织整合,随着时间的推移重塑关节,并为患者提供终生功能。

来自哥伦比亚工程学院,哥伦比亚大学牙医学院和医学系,路易斯安那州立大学,LaCell LLC和Obatala Sciences的多学科团队现在已经对生物活体软骨-骨TMJ移植物进行了生物工程设计,无论在生物学上还是在解剖学上都与接收者精确匹配。他们的最新研究成果发表在《科学转化医学》上,该研究基于他们在2005年开始的一系列长期开发成果,这些研究涉及用于再生医学和疾病组织模型的生物工程功能性软骨和骨骼。

作者使用尤卡坦微型猪建立了使用受体自身细胞进行TMJ重建的方法。该研究小组从每只动物的少量脂肪中分离出干细胞,将其培养后的细胞进行扩增以获得足够的数量用于大型移植物,然后将其诱导为软骨和成骨细胞。利用成像引导的制造方法,研究人员将一块临床上使用的脱细胞牛骨基质成形为正被修复的TMJ的精确几何形状。他们向该支架中注入了骨形成细胞,同时通过压紧1mm厚的浓缩间充质细胞表面层来诱导软骨形成。他们建立了匹配的生物反应器腔室,以使支架紧密地固定在其中,就像戴手套的手一样。

由于软骨和骨骼在不同的环境条件下形成,因此TMJ移植物的形成需要专门的生物反应器,该生物反应器分别向两个组织区域提供骨骼和软骨培养基。研究人员优化了培养基通过骨骼的灌注,并在软骨表面上流动,以满足两种组织截然不同的营养和身体信号传递要求。一旦满足了所有这些苛刻的条件,研究小组便将个性化的TMJ移植物植入实验动物中六个月,以确定移植物在结构和功能上替代天然关节的能力。

该团队的PI Gordana Vunjak-Novakovic,大学教授,米卡蒂基金会生物医学工程与医学教授以及牙科医学教授说:“我们在这项新工作中发现的东西可能具有变革性。”“这些移植物具有类似天然的分层外观,与周围组织很好地融合在一起,并提供了天然关节的生物学和机械功能。我们相信,这种方法可以扩展到生物工程化其他关节,并建立高保真度模型。研究关节疾病。”

Vunjak-Novakovic指出,由18位研究人员组成的多机构研究团队的规模和概况,他们在生物工程,外科,干细胞,成像,生物反应器设计和数学建模方面具有专业知识,这反映了该转化项目的复杂性,历时四年才完成。完成。

双流生物反应器的使用对这项研究至关重要。Vunjak-Novakovic说:“开发这种独一无二的生物反应器有助于形成复合软骨-骨移植物。”“每个组织都被维持在自己的'利基'中,同时通过扩散因子允许软骨和骨骼之间的交流,就像在我们体内一样。适应TMJ的复杂形状是我们需要通过创造性的实验和建模来克服的另一个困难。学习。”

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