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科学家开发出能替代软骨的可3D打印生物玻璃《新闻》

发布时间:2020-09-14 21:53:30 阅读: 来源:双层玻璃杯厂家

网导读:来自伦敦帝国学院(ImperialCollegeLondon)和Milano-Bicocca大学的研究人员们已经开发出一种生物玻璃材料可以模拟真正软骨组织......

日前,英国科学家开发出了一种材料,这种材料可以模仿软骨并有可能刺激它重新生长。软骨是位于关节和脊椎之间的一种柔软的缔结组织,这种组织受到损伤之后很难修复。

在下方的计算机动画中,研究团队展示了一个支架是如何被植入膝盖后面以刺激软骨细胞重新生长并治愈受损的软骨的:

来自伦敦帝国学院(ImperialCollegeLondon)和Milano-Bicocca大学的研究人员们已经开发出一种生物玻璃材料可以模拟真正软骨组织的减震和承重性。它可以通过特定的配方来表现出不同的特性。科学家们希望能够用它来开发植入物以取代椎骨之间受损的软骨盘。

在下面的视频中,研究人员通过让生物玻璃制品在办公桌上弹跳展示了其减震特性,这种特性类似于软骨缓冲我们的骨头的方式。

科学家们相信,它也有可能刺激膝盖的软骨细胞生长,这在以前是不可能通过传统的方式实现的。据了解,生物玻璃是由硅和一种叫做聚己内酯的聚合物组成的。它能够表现出类似软骨的属性,包括柔软、强韧、耐久而具弹性。它可以通过一种可生物降解的墨水形式生成,使得研究人员可以将其3D打印成某种特定的结构以促进软骨细胞在关节内的形成和生长类似于它们在试管中所表现出的那样。

另外,当受到损伤时,它还显示出自愈的特性,这一特性使其很适合用作可靠的植入物,而且当它以墨水的形式存在时更容易3D打印。

研究人员在下面的视频中展示了这种生物玻璃材料是如何可以自我修复和易于3D打印的。

而且,研究团队已经开发出了一种配方,可以为那些椎间盘受损的患者提供一种替代的治疗方案。当脊柱的软骨退化时,会给患者造成很大的痛苦,当前比较常见的治疗方案是融合椎骨,但是这种方法影响到了病人的活动能力。

科学家们相信,他们能够开发出合成的生物玻璃软骨椎间盘植入物,其具有与真正软骨相同的力学性能。

另外,研究团队还开发出了另外一种配方,以改善膝盖软骨受损患者的治疗。当前,外科医生能够做到的只是创建一种疤痕样组织来修复受损的软骨,但是大多数患者最终还是要接受关节置换,从而降低了其活动能力。

研究人员的目标是使用其生物玻璃墨水3D打印出微小的可生物降解支架。这些可生物降解支架将提供一个复制膝关节真正软骨结构的模板。

当这种支架被植入后,生物玻璃的结构、刚度、化学特性会刺激软骨细胞通过细微的孔隙生长。科学家们的设想是,随着时间的推移,支架会在人体内安全降解,在原有的位置留下新的软骨,这种软骨具有类似原始软骨的机械性能。

伦敦帝国学院材料系的JulianJones教授是该生物玻璃材料的开发人员之一,他介绍说:生物玻璃从上世纪60年代就已经出现了,最初是在越南战争期间帮助治愈退伍军人。而我们的研究表明,其最新的柔性版本可以用作类似软骨的材料。

目前,该研究团队已经获得了来自英国工程和物理科学研究理事会的资助以帮助他们将研究推进到下一阶段。未来他们将在实验室里对该技术进行一系列测试,并开发出一种手术方法来植入该植入物。他们还将与一些企业伙伴一起开发针对这种材料的3D打印技术

JustinCobb教授是伦敦帝国学院医学系骨外科的负责人,他将在下一阶段共同领导这项研究。

Cobb教授补充说:这种新型配方和制造方法使得Julian可他的团队能够开发出下一代的生物材料。今天,就算性能最好的人工关节也要比正常软骨硬1000倍。虽然它们的性能也不错,但是这种更加接近自然,甚至可以用于3D打印的的材料的前景更加让人兴奋。

使用Julian的技术平台,我们也许能够解决使用硬金属制造的关节所带来的僵硬和骨刺等问题,恢复其灵活性和舒适性。

来自Milano-Bicocca大学的LauraCipolla教授补充说:我们使用生物纳米材料、蛋白质和碳水化合物的化学改性技术,设计出了一种新的化学方法,该方法迫使有机成分聚己内酯以一种稳定的方式与无机成分硅结合在了一起。

不过这项技术的两个应用(即膝关节和椎间盘)在到达临床应用之前仍然有大量的监管障碍需要克服。研究团队预计这两种技术要真正进入市场估计还需十年时间。他们已经与ImperialInnovations共同申请了专利,后者是伦敦帝国学院的技术商业化合作伙伴。

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