“纳米纤维纱”,使为有弹性,保护人工组织



人体由肌腱和肌肉的一个复杂的电缆系统中,通过自然改造为坚韧和高度可拉伸的保持在一起。伤害到任何这些组织中,尤其是在像肩膀或膝关节的主要关节,可能需要手术修复和活动受限星期才能完全愈合。

现在bt365手机的工程师们想出了一个组织工程设计愈合过程中可能能够在受伤的肌腱和肌肉运动的灵活的范围。

bt365手机的工程师们设计的螺旋“nanoyarn,”这里显示为一个艺术家的演绎。扭曲的纤维内衬活细胞可用于修复受伤的肌肉和肌腱,同时保持其灵活性。图片:菲菲弗兰克尔

该团队已经设计小线圈与活细胞成荫,他们说可以作为弹性的支架用于修复受损的肌肉和肌腱。线圈被从几十万生物相容性纳米纤维制成,紧密地缠绕成线圈类似于微型航海绳,或纱线。

研究者涂覆在纱线与活细胞,包括肌肉和间充质干细胞,其自然生长和沿着纱线对齐,成类似于肌肉组织图案。研究人员发现纱线的螺旋结构有助于保持细胞存活和成长,甚至成为球队拉伸和多次弯曲纱线。

在未来,研究人员设想医生们排队患者的受损肌腱和肌肉与这个新的柔性材料,这与弥补受损组织相同的细胞被涂。在“线的”延展性能帮助保持运动的患者的范围​​内,而新的细胞继续生长,以顶替受伤的组织。

“当你修复肌肉或肌腱,你真的要解决他们的运动一段时间后,由穿着启动,例如,”明国,在bt365手机机械工程助理教授说。 “这种纳米纤维纱,希望是,你不会有穿这样的事情。”

郭和他的同事在本周公布其结果在 科学的美国国家科学院院刊。 他的bt365手机共同作者是李贻伟,郝张玉坤,萨蒂什南比亚古普塔和计量胡。该团队还包括风云郭,王雅琼,NU旺,和赵勇北京航空航天大学。

停留在胶

新的纳米纤维纱是由该集团的启发 之前的工作 龙虾膜,在那里他们发现的甲壳类动物的强硬但有弹性的软肋是由于分层,胶合板状结构。每个微观层含有成千上万纳米纤维的,都在同一方向上排列,在角度稍微从正上方和下方的层的偏移。

纳米纤维精确对准使得每个单独的层中,其中所述纤维排列的方向的高度可拉伸的。郭,其工作重点是生物力学,看到龙虾的天然弹性的图案作为设计人工组织,特别是对人体的高拉伸区域,如肩膀和膝盖的灵感。

郭说,生物医学工程师已经嵌入到其他有弹性的材料,例如水凝胶肌肉细胞,在尝试时尚灵活的人工组织。然而,当水凝胶本身是有弹性和坚韧,嵌入式细胞时往往捉襟见肘,就像被困在一块口香糖纸巾抢购。

“当你在很大程度上变形像水凝胶材料,它会被拉伸得很好,但这些细胞不能把它,”郭说。 “活细胞是敏感的,当你舒展他们,他们死了。”

暂避紧身

研究人员意识到,简单地考虑材料的拉伸性不够的情况来设计人工组织。该材料还必须能够保护细胞免受当材料被拉伸所产生的严重的菌株。

球队看着实际肌肉和用于进一步的灵感筋,观察到组织从对齐的蛋白纤维,卷绕在一起形成微观螺旋,沿肌肉细胞生长的绳股制成。事实证明,当蛋白质线圈伸出,肌肉细胞只需旋转,像纸巾的小片贴在一条紧身的。

郭看着复制这种天然的,有弹性的,细胞保护结构作为人造的组织材料。这样做时,第一团队创建对齐的纳米纤维的几十万,使用静电纺丝,使用电力从聚合物或其他材料的溶液旋超薄纤维出来的技术。在这种情况下,他从产生生物相容的材料,例如纤维素制成纳米纤维。

球队然后捆扎排列的纤维一起并扭它们慢慢第一形成螺旋,然后更紧密线圈,最终类似于纱线和宽测量大约半毫米。最后,他们接种的活细胞沿着每个线圈,包括肌肉细胞,间充质干细胞和人类乳腺癌细胞。

研究人员然后反复拉伸每个线圈达到原来的长度六次,发现大多数每个线圈上的细胞仍然存活,并持续增长,因为线圈被拉伸。有趣的是,当它们接种在由相同的材料制成的松散的,螺旋形结构的细胞,他们发现细胞不易残留活着。郭说,更严格的线圈的结构似乎“避难所”细胞不受损害。

展望未来,该组计划从其它生物相容的材料,如丝,这可能最终被注入到受伤组织制造类似的线圈。线圈可以提供新的细胞生长暂时的,灵活的支架。一旦细胞成功修复损伤,支架可以溶解掉。

“我们也许能有一天嵌入这些结构在皮肤下,并在[线圈]材料最终会被消化,而新的细胞留在原地,”郭说。 “关于这种方法的好处是,它真的很一般,我们可以尝试不同的材料。这可能会推动组织工程有很多的限制“。

这项研究资助,部分由bt365手机的研究支持委员会基金。