脊髓损伤研究新突破!新组织工程支架能促进组织修复

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脊髓损伤是人体可能遭遇的最严重外伤之一,除了影响患者生活起居,造成的医疗社会成本也相当可观。由于尚无广泛高效的治疗方法,目前主要研究多转向组织工程来获得新的治疗策略,而爱尔兰利墨瑞克大学伯纳尔研究所(University of Limerick Bernal Institute)最近就开发出一种独特的导电复合材料与组织工程支架的组合,能促进损伤后新组织的生长及再生,在治疗脊髓损伤的应用上展现出十足潜力。

具生物相容性的新型 PEDOT 奈米颗粒支架

组织工程领域主要目标是透过体外建构来修复、再造器官及组织,由于人体细胞生长和增殖都会受到电刺激的影响,近年研究中导电生物材料也开始逐渐受到关注。而为了提高生物材料的电导率来符合医疗目的,目前开发上多集中在添加导电成分,像是奈米碳管(carbon nanotubes)或如 PEDOT:PSS 般的导电聚合物。

然而 PEDOT:PSS 中的 PSS 成分带有水溶性,当身体接触到就可能产生潜在的毒性或免疫反应,对于应用于试图再生受损组织的治疗目的上并不理想,也因为 PEDOT:PSS 在生物医学应用中存在着严重局限性,在制造导电支架时能选择的水凝胶成分也受到许多限制。

为了克服这项限制,利墨瑞克团队开发了新型 PEDOT 奈米颗粒(Novel PEDOT nanoparticles, PEDOT NPs),在不需要 PSS 存在下就能实现所需的细胞反应,同时增加可打造支架时可选择的水凝胶组成可变性。随后团队更再将其与由明胶、免疫调节透明质酸(immunomodulatory hyaluronic acid)组成的混合生物材料结合,打造出靶向脊髓损伤修复的生物相容性导电支架。

为了掌握设计的支架结构、特性和功能关系,团队随后也透过加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)合作伙伴及相关计画中研究交流,在体外干细胞和体内脊髓损伤的动物模型研究中,新型 PEDOT 奈米颗粒支架上都观察到了出色的干细胞附着和生长。

新型 PEDOT 奈米颗粒可提升生物材料的电导率

研究人员认为,新型 PEDOT 奈米颗粒的导入可提高生物材料的电导率,从研究来看,与没有支架的损伤模型相比,新型 PEDOT 奈米颗粒支架模型中有更多的轴突细胞向脊髓损伤部位迁移,同时疤痕和炎症水平也较低,整体而言,结果显示这些材料具有促进脊髓修复的应用前景。

脊髓损伤的影响不仅是生理上的负担,也会严重影响患者的心理健康,找到改善患者生活质量的方法至关重要,研究团队认为,这项研究结果提供了令人鼓舞的前景,团队计划持续研究,未来将改进支架设计创造电导率梯度,来进一步刺激神经元再生。

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参考资料:
1. Biomaterials Research, 2022,https://doi.org/10.1186/s40824-022-00310-5
2. https://www.ul.ie/news/university-of-limerick-research-demonstrates-new-method-of-spinal-cord-tissue-repair

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