干细胞+3D打印新材料促骨组织再生修复

2018-06-22 09:38:48  [来源:广州日报]    
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  干细胞+3D打印新材料促骨组织再生修复


  广州日报讯 (全媒体记者翁淑贤 通讯员白恬)如果人体受损的组织可以通过再生得到修复,你是否会认为这是“天方夜谭”?组织工程与再生医学要做的就是这样一件看似不可思议的事。6月15日,组织工程国家工程研究中心华南分中心(下称华南分中心)落户广州医科大学附属第三医院,将与广州医科大学再生医学与3D打印技术转化研究中心就干细胞临床研究与治疗、再生医学、生物材料和3D打印技术等方面的基础及临床转化研究开展深入合作,尤其在利用干细胞治疗+3D打印高科技材料促进骨组织修复与再生方面,有望在未来5~10年取得突破性进展、实现临床规模化应用。

  前沿探索:

  小鼠背上成功“长”出人耳

  早在1997年,一只背上长出人耳朵的小老鼠就曾引起全世界的瞩目。当时,科学家用高科技材料做成人耳模型支架,让细胞在支架上繁殖生长,待“耳朵”长好后再植入到鼠背上。随着耳朵内支架的降解,人耳便成功“长”在了鼠背上。

  据入选“国家青年千人”计划的广州医科大学再生医学与3D打印技术转化研究中心主任张智勇教授介绍,“人耳鼠”的产生,证实了组织工程的可行性。这个以细胞生物学和材料科学相结合,研究和开发用于替代、修复或改善人体各种组织或器官损伤的新兴技术领域,目前已成为生命科学研究领域的国际性前沿课题。2005年,我们组织工程国家工程研究中心在上海成立,致力于应用组织工程技术构建人体组织并修复因疾病、创伤、遗传等因素造成的组织器官损伤或缺失的研究,主要的研究方向有骨、软骨、肌腱、皮肤、角膜等多种组织的修复与再生。目前,组织工程软骨已经开展了50余例的临床转化研究,包括组织工程耳郭重建修复小耳畸形、组织工程骨修复颅骨与颌面骨缺损治疗等,其中“小鼠背上长人耳”已实现临床转化。

  颅骨修复:

  让缺损部位重新“长”好

  当发生骨损伤时,运用生物材料修补缺损的组织在临床上已十分常见,例如颅骨缺了一块,用合适的生物医用材料修复填补,这是大多数人对骨损伤修复的认识。这种传统的治疗用生物医学材料进行修补,材料毫无生命力,在体内只能作为填充物,无法有正常的生理功能。而新的组织工程则采用全新的治疗策略――利用干细胞进行分化,形成完全由病人自体细胞和可降解材料组成的各种组织或器官,以实现真正意义上复原。

  “十几年前,我们已经采用组织工程的方法在国外成功修复了一位颅骨缺损的患者。”多年来一直致力于骨组织修复与再生基础与转化研究的张智勇介绍说,在这例颅骨组织修复中,研究人员先从患者体内提取少量干细胞进行体外扩增,并制备和该患者完全相同的颅骨模型,根据模型将可降解的生物材料进行塑形,形成与患者的缺损部位高度匹配的“支架”;随后,研究人员将扩增后的干细胞放到“支架”上,诱导分化出大量的骨细胞,“长”成骨组织,再整个植入缺损部位。随着时间的推移,支架材料逐渐降解并被人体吸收,而细胞则在缺损部位继续进行骨重建,最后实现完全修复。

  “这就好比修补一座缺损的房子。我们用可降解的生物材料制成的‘支架’搭建起‘框架’,干细胞分化出的骨细胞好比原生的‘砖块’,最后修复成原来的样子。”张智勇说,组织工程改变了“以人工材料替代组织”的思路,将干细胞接种到3D定制打印的生物材料上,用生物材料作为媒介引导细胞构建出各种组织和器官,使得完全修复缺损成为可能。

  前景展望:

  未来5~10年有望临床应用

  据了解,华南分中心成立后,将与上海总部――组织工程国家工程研究中心在技术上互联互通,推动研究成果在更大范围内的推广和临床应用。

  张智勇介绍,华南分中心初步拟开展的项目有干细胞规模化扩增,骨缺损修复、难愈性创面组织再生临床应用和产品开发,以及干细胞治疗在骨性关节炎等疾病方面的研究。虽然以组织工程为基础的再生医学是人类健康研究的新方向,具有广阔的发展前景,但目前在临床应用方面依然面临诸多难题。不过,据张智勇透露,未来5~10年,骨损伤组织工作修复再生有望在临床规模化应用。

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