【科技視頻】新水凝膠超堅韌 可望修復聲帶心臟骨骼

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【加拿大都市網】加拿大麥基爾大學(McGill University)的研究人員開發了一種堅韌的水凝膠,它可以抵抗體內的機械力(mechanical forces)。然而,該材料仍然為被封裝細胞(encapsulated cells)的生長提供了良好的環境,並能夠實現血液和其他組織液的深度灌注。這種可注射的生物材料可以用於修復遭受持續機械應力的組織,如心臟、骨骼肌和聲帶。

「心臟損傷患者的康復過程往往是漫長而艱難的,治療甚具挑戰性,因為組織必須承受心臟跳動的持續運動,聲帶也是如此。這種新材料的主要開發者之一Guangyu Bao在麥基爾大學的一份聲明中說:「到目前為止,還沒有足夠強的可注射材料來完成這項工作。」

「研究結果很鼓舞,我們希望有一天這種新的水凝膠能被用作植入物,以恢復聲帶受損的人的聲音,比如喉癌患者。」

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可注射生物材料處於再生醫學的前沿,具有通過針頭進行微創傳遞的「潛力」,以及有機會通過封裝細胞、藥物或生長因子實現再生效果。這種材料的設計和性能的一個關鍵因素是其孔隙率(high porosity)。高孔隙率允許血液滲透到材料中,保持被封裝的細胞存活,並允許分泌或負載的生長因子或藥物逃離凝膠,介導周圍組織的治療效果。

然而,高孔隙率會影響生物材料的機械強度,這意味着它不能在目標組織中持續很長時間。對於肌肉或聲帶等動態組織來說,這是一個巨大的挑戰,在這些組織中,持續的運動會造成壓力和磨損,從而導致生物材料球的降解。

這種最新的水凝膠注射劑含有雙網絡的交聯纖維,本質上是兩個相互交織的互穿網絡,有助於提高凝膠強度,又可保持再生醫學應用所需的孔隙率。

 

為了測試這種材料的強度,研究人員將其放置在一個設計用來模擬聲帶在說話時感受到的生物力學力的裝置中。該裝置以每秒120次的速度振動了600多萬次,之後凝膠材料基本上仍然完好無損,而其他凝膠配方則被機械破壞了。

「我們非常興奮地看到它在我們的測試中完美地運行。在我們的工作之前,沒有一種可注射水凝膠同時具有高孔隙度和高韌性。為了解決這個問題,我們在配方中引入了一種能形成孔隙的聚合物,」Guangyu Bao說。

「我們的工作突出了材料科學、機械工程和生物工程的協同作用,以創造具有前所未有性能的新型生物材料。我們期待着將它們轉化為臨牀,」另一位參與這項研究的研究員Jianyu Li教授補充說。

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圖片: McGill University

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