研究人员开发促进骨骼生长的新方法

DNA可以帮助以局部和有针对性的方式刺激骨骼愈合，例如在复杂骨折后或手术后严重组织损失后。哈勒-维滕贝格马丁路德大学(MLU)、莱比锡大学、阿威罗大学(葡萄牙)和哈勒弗劳恩霍夫材料与系统微结构研究所IMWS的研究人员已经证明了这一点。他们开发了一种新工艺，在植入材料上涂上一种基因激活的生物材料，诱导干细胞产生骨组织。他们的研究结果发表在《先进医疗保健材料》杂志上。

骨骼是身体再生能力的一个迷人例子。即使在骨折后，它们也能够恢复全部功能，这要归功于它们能够在骨折部位形成新的弹性组织。“然而，当涉及到复杂的骨折或重大组织损失时，即使是骨骼的自我修复能力也是不够的，”MLU药学研究所生物医学材料研究小组负责人Thomas Groth教授解释说。

“在这种情况下，需要植入物来稳定骨骼，替换关节的一部分，或用可降解材料弥合较大的缺陷。这种植入物的成功在很大程度上取决于它们融入骨骼的程度。近年来，人们加大了努力，通过在植入物上涂上生物活性材料来激活骨细胞和间充质干细胞，以支持这一过程。

间充质干细胞能够产生不同类型的组织，但是激活它们以特异性再生骨骼可能特别具有挑战性。在这种情况下，细胞外基质起着至关重要的作用。“骨细胞之间的组织由胶原蛋白和硫酸软骨素等组成，”Groth解释说。

“它可以被人工复制并应用于植入物的表面，使它们具有生物活性。这确保了植入物被更好地整合，并且不太可能被身体排斥。药物和激活剂也可以添加到人工细胞外基质中以刺激骨骼生长。一种这样的激活剂是BMP-2蛋白，它已经被用于脊柱融合或治疗复杂的，不愈合的骨折。然而，研究表明，所需的高剂量BMP-2会导致周围肌肉中不受控制的骨组织形成以及其他不良副作用。

因此，来自哈勒，莱比锡和阿威罗的研究人员提出了一种以更有针对性的方式刺激干细胞并引起显着减少副作用的程序。他们关注的一件事是增强细胞外基质的设计。他们使用特殊的逐层技术将生物材料应用于植入物。这使他们能够在纳米水平上控制其成分、结构和特性。“这是一个复杂的过程，我们在MLU与Fraunhofer IMWS合作完善了它，”Thomas Groth解释道。

这种纳米级的设计是使生物材料功能化所必需的;在这里，他们依靠来自莱比锡的同事Christian Wölk博士的专业知识。他没有将大量的BMP-2直接掺入生物膜中并冒着不受控制的释放风险，而是将DNA片段包装成脂质纳米颗粒，作为运输容器。只有在植入植入物后，DNA才会迁移到骨组织的细胞中并刺激它们产生BMP-2。这反过来又激活了骨形成干细胞。

“将细胞外基质模拟为薄膜表面涂层并用纳米颗粒将其功能化是制药材料研究的一个里程碑，”Thomas Groth解释说。“DNA可以以有针对性的方式释放，并在时间和位置方面限制组织生长的刺激，而不会引起不良副作用。

根据Groth的说法，该方法从根本上也适用于运输mRNA，从而扩展了再生医学的可能性 - 不仅在骨形成领域，而且在其他治疗应用中。

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