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修復心臟甚至子宮，水凝膠成為醫學修復材料中最具潛力者

文章來源：賢集網更新時間：2022-02-18 14:58:00

因子宮內膜損傷導致的不孕不育有望迎來新的治療手段。南方醫科大學珠江醫院近日發布消息稱，該院團隊提出一種可重構子宮衍生材料(RUMs)，可應對子宮修復難題。在動物實驗中，小鼠嚴重受損子宮幾乎完全修復，小鼠實現正常妊娠、胎兒發育和活產。該項技術預計4年內可以應用于臨床。

上述研究發表在再生材料學領域雜志《Advanced Materials》上，文章第一作者為南方醫科大學珠江醫院婦產醫學中心博士研究生易笑，通訊作者為珠江醫院轉化醫學中心干細胞與再生醫學研究所所長高毅。

三孩政策開放后，“想生但是生不出”是不少家庭正在遭遇的生育困境。中國工程院院士、知名生殖醫學專家喬杰，2021年在《柳葉刀》在線發表的一則報告中提到，我國的不孕率從2007年的12%上升至2010年的15%，2020年又上升到18%左右。

“‘不孕不育’是他們的隱痛。”珠江醫院婦產醫學中心主任王沂峰說，其中，由子宮內膜損傷引起的子宮性不孕越來越常見。

子宮內膜是一種高度再生的組織，在女性的生育階段要經歷多達約400個生長、脫落周期。而人工流產、刮宮、宮腔手術、感染等各種原因造成的子宮內膜損傷都可能引起內膜再生障礙，導致月經減少、閉經、反復流產及不孕。據報道，在不孕癥患者中，內膜損傷的發生率約為2%至22%。

據介紹，為了實現功能再生，修復子宮的過程中人們常常需要將細胞外基質(ECM)支架材料植入損傷的子宮壁，但由于重構性能差，這些材料無法深入達到子宮內膜實現完全修復作用，因此也無法有效阻止宮腔粘連，從而削弱了子宮修復能力，最終影響受孕率和嬰兒的安全出生。

鑒于此，王沂峰與易笑，聯合高毅、中國科學院理化技術研究所王樹濤、南方醫科大學基礎醫學院樊俊兵教授等開展了為期4年的合作研究，提出了一種可重構子宮衍生材料(RUMs)，其具有可調的狀態和形貌，可高效應對子宮修復難題。據介紹，該材料為人源胎盤干細胞和水凝膠支架的復合體。

“基于子宮的結構特點，該項研究制備了可注射RUMs凝膠和RUMs補片，其中RUMs凝膠可深入到達子宮內膜腔以有效阻止宮腔粘連并提高血管生成、內膜再生以及肌肉膠原重建能力。與此同時，RUMs補片則粘附在子宮壁上加速傷口愈合和阻止傷口與腹部組織的粘連。”易笑稱，不僅如此，RUMs還可以分泌一系列細胞因子來調節子宮微環境，從而促使傷口愈合和子宮修復。

據了解，為了研究RUM凝膠和補片協同修復子宮損傷的能力，研究團隊構建了具有嚴重子宮損傷的大鼠模型。通過RUMs凝膠和補片的治療，大鼠的子宮結構在第15天幾乎得到了再生，有效幫助小鼠受孕和嬰兒出生恢復正常。

高毅表示，該課題以珠江醫院轉化醫學研究中心再生醫學研究所為依托，未來研究團隊將繼續探索再生材料在肝臟等領域的應用。

腹壁組織修復材料

目前全球范圍內，每年因內部軟組織缺陷開展的重建手術大于40萬例，花費100億美元以上的醫療費用。基于補片的無張力修補術是臨床推薦的主要治療方法。然而傳統的合成補片不能同時具備抗變形、抗粘連和促愈合的特性，容易導致不良的手術結果。近期，我國科學家研發出一種新型腹壁組織修復材料，兼具抗變形、抗粘連和促愈合的特性。研究成果發表在《Advanced Materials》期刊，標題為“Peritoneum-inspired Janus Porous Hydrogel with Anti-deformation, Anti-adhesion and Pro-healing Characteristics for Abdominal Wall Defect Treatment”

研究人員受到腹膜不對稱結構的啟發，通過自上而下溶劑交換-凍干-再水化聯合策略，開發了一種具有生物相容性的新型“兩面神（Janus）”多孔聚乙烯醇水凝膠(JPVA水凝膠)，實現了內部軟組織缺損的高效修復。JPVA水凝膠具有非對稱多孔結構，解決了防粘連與促愈合這對材料需求完全相反的難題：底部致密、多孔、光滑，能最大限度減少成纖維細胞的粘附，不引發任何內臟粘附；頂面疏松、多孔、粗糙，可顯著提高成纖維細胞粘附和組織生長，對腹壁缺損的治療優于市售補片。同時，JPVA水凝膠具有獨特的抗膨脹性能(膨脹比為6.4%)，以及持久的抗變形性能，能夠在體內潮濕環境下長期耐受腹壓動態變化，實現有效修復。

這項研究表明，在表面多孔結構調控上設計具有獨特雙面異性結構的水凝膠材料，是發展集多種功能需求于一身的先進補片的有效研究思路，JPVA水凝膠有望成為臨床無張力軟組織修復的一種理想材料。

肌肉修復材料

結合化學、物理學、生物學和工程學的知識，麥吉爾大學的科學家們開發了一種足以修復心臟、肌肉和聲帶的生物材料，代表了再生醫學的一個重大進步。

“心臟損傷的人往往面臨一個漫長而棘手的恢復過程，愈合是具有挑戰性的，因為在心臟跳動時，組織必須承受持續的運動。聲帶的情況也是如此。”麥吉爾大學機械工程系的博士生 Guangyu Bao 說，“到目前為止，還沒有足夠強的注射材料來完成這項工作。”

由 Luc Mongeau 教授和 Jianyu Li 助理教授領導的團隊開發了一種用于傷口修復的新型可注射水凝膠。這種水凝膠是一種生物材料，為細胞提供生存和生長的空間。一旦注入人體，該生物材料形成一個穩定的多孔結構，允許活細胞生長或通過，以修復受傷的器官。

Guangyu Bao 說：“結果是有希望的，我們希望有一天這種新的水凝膠將被用作植入物，以恢復聲帶受損者的聲音，例如喉癌幸存者。”

IT之家了解到，科學家們在他們開發的一臺模擬人類聲帶極端生物力學的機器中測試了水凝膠的耐久性。以每秒 120 次的速度振動超過 600 萬次，新的生物材料保持完好無損，而其他標準的水凝膠則斷裂成碎片，無法處理負載的壓力。

“看到它在我們的測試中完美地工作，我們感到難以置信地興奮。在此之前，沒有可注射的水凝膠同時擁有高孔隙率和韌性。為了解決這個問題，我們在配方中引入了一種孔隙形成的聚合物，”Guangyu Bao 說。

科學家們說，這項創新還為其他應用開辟了新的途徑，如藥物輸送、組織工程和創建藥物篩選的模型組織。該團隊甚至希望使用水凝膠技術來創建肺部，以測試新冠病毒藥物。

“我們的工作突出了材料科學、機械工程和生物工程在創造具有前所未有的性能的新型生物材料方面的協同作用。我們期待著將它們轉化為臨床應用”，擔任加拿大生物材料和肌肉骨骼健康研究主席的 Jianyu Li 教授說。

文章來源：中國新聞網，IT之家，九派觀天下

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