【科技视频】新水凝胶超坚韧 可望修复声带心脏骨骼

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【加拿大都市网】加拿大麦基尔大学(McGill University)的研究人员开发了一种坚韧的水凝胶,它可以抵抗体内的机械力(mechanical forces)。然而,该材料仍然为被封装细胞(encapsulated cells)的生长提供了良好的环境,并能够实现血液和其他组织液的深度灌注。这种可注射的生物材料可以用于修复遭受持续机械应力的组织,如心脏、骨骼肌和声带。

“心脏损伤患者的康复过程往往是漫长而艰难的,治疗甚具挑战性,因为组织必须承受心脏跳动的持续运动,声带也是如此。这种新材料的主要开发者之一Guangyu Bao在麦基尔大学的一份声明中说:“到目前为止,还没有足够强的可注射材料来完成这项工作。”

“研究结果很鼓舞,我们希望有一天这种新的水凝胶能被用作植入物,以恢复声带受损的人的声音,比如喉癌患者。”

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可注射生物材料处于再生医学的前沿,具有通过针头进行微创传递的“潜力”,以及有机会通过封装细胞、药物或生长因子实现再生效果。这种材料的设计和性能的一个关键因素是其孔隙率(high porosity)。高孔隙率允许血液渗透到材料中,保持被封装的细胞存活,并允许分泌或负载的生长因子或药物逃离凝胶,介导周围组织的治疗效果。

然而,高孔隙率会影响生物材料的机械强度,这意味着它不能在目标组织中持续很长时间。对于肌肉或声带等动态组织来说,这是一个巨大的挑战,在这些组织中,持续的运动会造成压力和磨损,从而导致生物材料球的降解。

这种最新的水凝胶注射剂含有双网络的交联纤维,本质上是两个相互交织的互穿网络,有助于提高凝胶强度,又可保持再生医学应用所需的孔隙率。

 

为了测试这种材料的强度,研究人员将其放置在一个设计用来模拟声带在说话时感受到的生物力学力的装置中。该装置以每秒120次的速度振动了600多万次,之后凝胶材料基本上仍然完好无损,而其他凝胶配方则被机械破坏了。

“我们非常兴奋地看到它在我们的测试中完美地运行。在我们的工作之前,没有一种可注射水凝胶同时具有高孔隙度和高韧性。为了解决这个问题,我们在配方中引入了一种能形成孔隙的聚合物,”Guangyu Bao说。

“我们的工作突出了材料科学、机械工程和生物工程的协同作用,以创造具有前所未有性能的新型生物材料。我们期待着将它们转化为临牀,”另一位参与这项研究的研究员Jianyu Li教授补充说。

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图片: McGill University

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