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骨頭斷裂難癒合?新材料注入能刺激骨生長

骨頭斷裂後難癒合?奈米顆粒凝膠刺激骨生長。
骨頭斷裂後難癒合?奈米顆粒凝膠刺激骨生長。Credit: [email protected] CC BY 2.0

嚴重的骨外傷或缺陷癒合困難

外傷或骨折後,受傷處打石膏或者固定,就是希望骨頭可以自行癒合。骨頭的確有自我癒合能力,有時候我們撞到或踢到東西,骨頭內部可能都有點小裂傷,都會自行癒合。但是,有些嚴重的外傷或者骨缺陷,癒合很困難,這時候就需要移植捐贈者的骨頭,或者人工骨頭,畢竟這樣的手術繁瑣,因此,開發能讓骨頭自然生長的技術,仍然相當重要。

奈米顆粒複合凝膠,刺激骨生長

美國德州農工大學(Texas A&M University)的研究員在美國國家科學基金會與美國國立衛生研究院的資助下,就這個激發骨生長的需求,開發了一項新的生物材料,由奈米大小的平面顆粒埋入以膠質為基礎的生物性水凝膠組成,經過一連串的複雜訊號機制,可以刺激骨生長,不需要使用「生長因子」(Growth Factors),適用於各種難癒合的斷骨或缺陷。其方法就是重現骨頭自然生長的過程。「生長因子」是一種能刺激細胞增殖與分化的天然蛋白,傳統治療採用注射「生長因子」來刺激骨生長,但可能因為需要足夠大的量才能產生細胞,因此可能導致嚴重副作用。

骨癒合後,凝膠自動分解

而埋入「凝膠」的物質,就是超小「奈米矽酸鹽顆粒」,厚度小於一般紙張的十萬分之一,其內含有高比例的正矽酸(orthosilicic acid)、鎂、鋰成分。因為「奈米矽酸鹽顆粒」加入到「凝膠」內,所以「凝膠」的數種物理、化學和生物本質都跟著改變。注射該種材料到受傷的部位後,以機械性質而言,勁度(stiffness, 抵抗變形的能力)會增強3到4倍。也因此,一旦材料進入體內,注射型水凝膠能在骨頭受傷的部位停留一定的時間,直到損傷的骨頭逐步癒合到正常後,該材料便逐漸分解。

目前,短期和長期的骨生長皆已有正面成果。初期測試,發現了早期骨生成的生物指標「鹼性磷酸酶」活動增加。這點顯示,這項新開發的材料的確發出訊號要求細胞分化成骨細胞。而較長時間的研究結果,也證實骨頭主要的成份「磷酸鈣」增加達四倍。

3D列印骨填充物

未來,這項研究還需要更了解這種材料刺激骨細胞分化的流程。另外,因為這種凝膠材料「剪切稀化」(黏度隨剪切應力增加而遞減)的特質,可以應用於列印三維的組織結構,如此可以針對個別手術的需求,列印出適當大小的材料做為骨頭填充物。

文章參考:Texas A&M University
圖片來源:ozz13x @Flickr  CC BY 2.0
原文參考:ACS Nano

【作者簡介】 BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章要有邏輯,藉由報導、解析生醫領域的創新和應用來傳播知識。

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