加州大学洛杉矶分校牙科学院的生物工程师和牙医开发了一种新的水凝胶，与现有的水凝胶相比，这种水凝胶在促进组织修复和再生方面更多孔、更有效。一旦注射到小鼠模型中，新的水凝胶被证明可以诱导自然发生的干细胞迁移，从而更好地促进骨愈合。目前，将水凝胶和干细胞引入人体或昂贵的生物制剂的实验应用可能会带来负面影响。
发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志网络版上的研究结果表明，在不久的将来，下一代水凝胶系统可能会极大地改善目前基于生物材料的骨缺损修复疗法。
水凝胶是由三维聚合物链网络构成的生物材料。由于该网络具有吸水能力，而且其结构与活体组织相似，因此它可以将细胞运送到有缺陷的区域，以再生受损的组织。然而，水凝胶的小孔径限制了移植细胞的存活，限制了它们的扩张和新组织的形成，使其不太适合再生组织。
在生物材料领域流行的一种材料是天然矿物，粘土。粘土已成为一种理想的医疗产品添加剂，没有报道负面影响。它已被证明是生物相容的，并随时可用。
粘土呈层状结构，表面带负电荷。独特的层状结构和电荷对研究人员很重要，因为它们的水凝胶带正电荷或负电荷。当水凝胶通过一种叫做插入化学的过程插入到粘土层中时，最终的结果是一种粘土增强水凝胶，具有更多孔的结构，可以更好地促进骨骼的形成。
一旦他们有了粘土增强水凝胶，研究人员使用一种称为光诱导的过程，或引入光，把他们的新生物材料变成凝胶，这将更容易注射到他们的小鼠模型中。
小鼠模型有一个不能愈合的颅骨缺损，研究人员用他们的粘土增强水凝胶注射了这个缺损。六周后，他们发现该模型通过自身自然发生的干细胞迁移和生长显示出显著的骨愈合。
“这项研究将帮助我们开发下一代具有高孔隙率的水凝胶系统，并可能大大改善目前的骨移植材料，”该研究报告的主要作者、加州大学洛杉矶分校牙科学院生物材料科学教授、琼森综合癌症中心成员李敏说。“我们的纳米复合水凝胶系统将在许多应用领域发挥作用，包括治疗传递、细胞载体和组织工程。”
使用水凝胶将活细胞和生物活性分子注射组合，将是治疗身体不健康或受损部位的首选医疗应用，而不是更具侵入性的手术。
未来的研究计划是了解纳米复合水凝胶的物理特性如何影响细胞的迁移及其功能，以及血管的形成。
该研究的其他作者包括中国南方医科大学细胞生物学助理教授崔仲凯(音译);还有来自加州大学洛杉矶分校的Benjamin Wu博士、Tara Aghaloo博士、Jessalyn Baljon和Soyon Kim博士。
这项研究由美国国家牙科和颅面研究所、美国国家关节炎和肌肉骨骼及皮肤病研究所、美国国防部和MTF生物制剂公司资助。作者没有利益冲突。
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