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生命的支架 胶原蛋白支架技术应用前景十分广阔

胶原蛋白是一种非常重要的蛋白质,对于人体皮肤、血管、骨骼、筋腱、牙齿和软骨的形成具有重要作用,是这些结缔组织的主要物质基础。普通人对于胶原蛋白的认知大多停留在食品保健层面,将其作为提高免疫力、延缓衰老的保健用品。而对于医学研究人员来说,胶原蛋白在医疗领域的应用潜力更加巨大,尤其是胶原蛋白支架技术,更是拥有十分广阔的前景。最近,英国剑桥大学发布新闻公报,介绍了该校研究人员在这一领域的研究成果。
胶原蛋白“支架”的构建
作为一种仿生应用的理想材料,胶原蛋白具有很强的伸张能力,可用做实验室或临床中组织再生的重要材料。多孔结构的胶原蛋白可作为“支架”,使依附其上的细胞和组织以一种预定的形式生长,最终变成与所需人体组织极其相似的组织。这即是所谓的胶原蛋白支架技术。
使用胶原蛋白作为“支架”的想法并不新鲜,但要达成这一目标却不容易,这需要极高的控制能力。为了构建合乎要求的支架,研究人员将胶原蛋白溶液和水混合后进行冷冻,形成冰晶。由于胶原蛋白无法冻结,因此会在冰晶边缘聚集。当冰晶周围的压力降至非常低的水平时,它将直接从固体转化为蒸汽,进而留下胶原结构。通过精确控制水凝冻过程中冰晶的生长,研究人员能够控制最终形成的胶原蛋白支架的形状和特性。而通过向支架表面的不同位点添加被称为肽序列的氨基酸,则可以改变这些支架的潜在用途。肽序列既会促使某些细胞与支架绑定,也会将某些细胞从支架上驱离,进而使支架形成一种特定的组织类型或者具有特定的乐发彩票网址反应模式。
“胶原蛋白支架就如同一个空白的三维画布——你可以任意用不同的方式进行勾画。”剑桥大学冶金与材料科学系的露丝·卡梅隆教授说,“它可以用来模仿自然组织的行为,也可以直接形成不同形状或排序的结构。”
走出实验室的胶原蛋白微型支架
用胶原蛋白制成的微型支架,可用于修复受损的关节,也可以用来开发新的癌症治疗手段,甚至用来修补心脏病人受损的心脏。而这一技术业已开始走出实验室,运用到实际病例当中。
新闻公报中称,一款名为Chondromimetic的产品已通过临床试验,并获得了CE标志认证,可以在欧洲销售。该产品通过向支架上添加钙和磷酸盐来模仿骨骼结构,帮助骨骼和软骨再生。这一产品可用于修复受损的膝盖关节和由骨关节炎、创伤或手术造成的骨缺损。
而在未来,胶原蛋白支架还可以用于心脏病的治疗。在英国心脏病基金会的支持下,剑桥大学研究人员正在努力开发一种可用于修补受损心脏的支架。他们尝试利用胶原蛋白支架在心肌受损部位“种植”新的心脏细胞,使其生长成为新的心肌。这一再生的心脏“补丁”可以帮助心脏重新恢复正常运转。虽然这一研究目前仍处于初期阶段,但研究人员相信,总有一天,胶原蛋白支架会成为治疗冠心病的一个重要工具。
“这些支架给了细胞立足之地。”剑桥大学乐发彩票网址化学系的理查德·法恩戴尔教授说,“最终,我们希望能够使用这些支架,连同我们直接取自病人体内的细胞,使病人的心脏在经历衰竭后能够自愈。”
胶原蛋白支架可用于制造任何东西
胶原蛋白支架的另一潜在应用是在乳腺癌研究领域。研究人员试图对支架进行微调,以创建乳房组织的三维模型。如果成功,这种人造乳房组织则可用于乳腺癌新药的测试,研究人员将不必再通过大量的动物实验来进行研究,而最终的个性化治疗也将有望实现。
“这是一个独特的研究体系。”剑桥大学病理学系的克里斯汀·沃森教授说,“我们能够在不同的时间向支架上添加不同类型的细胞,这是别人所不能的。这使得癌症研究变得相对更容易一些,而最终受益的则是病人。”
像乳房组织一样,血小板的生成也需要一个非常特殊的环境。研究人员利用支架技术,创建了一个适于骨髓细胞生长的小环境,利用成人干细胞来生产血小板。从理论上来说,用这种方式可以随需生产血小板,而无需再依赖人们献血。

作为胶原蛋白支架技术的主要研究人员,卡梅隆教授对这一技术的发展潜力十分看好。“在某种意义上,它可以用于制造任何东西。”她说,“你可以用多种不同类型细胞构建出高度复杂的有机组织,比如说肝脏或者是胰腺,只不过是难度增加了很多。但不管怎样,这一技术的潜力十分巨大,无论是对研究人员还是病患来说,都意义非凡。”

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