工程软骨模板愈合骨折

康涅狄格大学健康研究团队设计了一种新型的混合水凝胶系统，以帮助解决受伤时修复骨骼的一些挑战。由整形外科副教授Syam Nukavarapu领导的康涅狄格大学健康研究小组在最近一期的《美国医学杂志》上描述了他们的发现生物医学材料研究杂志B辑在那里，他的作品被刊登在杂志封面上。

成年人的骨骼中有200多块骨头，大小从几毫米到一英尺多不等。这些骨骼的形成方式以及受伤后的修复方式各不相同，这给再生医学领域的许多研究人员带来了挑战。

人类骨骼发育涉及两个过程，帮助我们身体中的所有骨骼形成和生长。这些过程分别称为膜内成骨和软骨内成骨，IO和EO。虽然两者都很关键，但IO是形成扁平骨的过程，EO是形成股骨和肱骨等长骨的过程。

对于这两个过程，一般间充质干细胞(MSCs)需要触发新的生长骨．尽管有这种相似性，但在实验室中重建IO明显更容易，因为间充质干细胞可以直接分化或特化成骨形成细胞，而无需采取任何额外步骤。

然而，这种相对的简单性也有局限性。为了避免IO相关的问题，康涅狄格大学健康团队开始开发一种工程细胞外基质，使用水凝胶引导和支持通过EO形成骨骼。

“到目前为止，很少有研究集中在软骨内成骨再生和修复长骨的基质设计上，”Nukavarapu说，他在生物医学工程和材料科学与工程部门担任联合任命。“通过开发一种混合水凝胶组合，我们能够形成一种工程细胞外基质，支持软骨模板的形成。”

Nukavarapu指出，血管化是节段骨缺损修复和再生的关键。io型骨的主要问题是由血管缺乏引起的，也称为血管化。这意味着IO无法再生足够多的骨组织，无法应用于由创伤或退行性疾病(如骨质疏松症)引起的大型骨缺损。尽管许多研究人员尝试了各种策略，但成功地将IO再生的骨血管化仍然是一个重大挑战。

另一方面，血管化是EO的自然结果，因为软骨模板的发展，软骨细胞肥大，最终形成骨组织。

IO的简单性导致了限制，EO的好处导致了复杂的平衡行为。EO需要不同元素的精确空间和时间协调，如细胞、生长因子和细胞外基质或支架，MSCs在其上附着、增殖和分化。

为了在实验室中达到这种微妙的平衡，Nukavarapu和他的同事们结合了两种已知的促进组织再生的材料——纤维蛋白和透明质酸——来创造一种有效的长骨形成的细胞外基质。纤维蛋白凝胶模仿人骨间充质干细胞并促进它们的凝结，这是MSC分化成软骨细胞所必需的。透明质酸是一种天然存在的生物聚合物，它模拟了分化的软骨细胞生长和增殖过程的后期阶段，也称为增生性软骨分化。

研究人员预计，含有肥厚软骨细胞的软骨模板将释放骨和血管形成因子，也将启动血管化骨的形成。Nukavarapu说:“使用软骨模板基质将导致不涉及有害生长因子的新型骨修复策略的发展。”

虽然仍处于早期研究阶段，但这些进展为未来的创新带来了希望。

“努卡瓦拉普博士的工作不仅证明了康涅狄格大学教师的卓越地位，也证明了他们的研究在现实世界中的潜在应用，”康涅狄格大学和康涅狄格大学健康研究副总裁Radenka Maric说。“康涅狄格大学的实验室充满了这类创新，为医疗保健、工程、材料科学和许多其他领域的科学突破做出了贡献。”

研究人员下一步计划整合这种混合动力车细胞外基质用承重支架研制适合长骨缺损修复的软骨模板。根据Nukavarapu的说法，康涅狄格大学的研究团队希望，这是形成肥厚软骨模板的第一步，具有所有正确的成分，以启动骨组织形成，血管化，重塑，并最终建立功能骨髓来修复长骨通过EO缺陷。