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生命的支架 膠原蛋白支架技術應用前景十分廣闊

膠原蛋白是一種非常重要的蛋白質,對于人體皮膚、血管、骨骼、筋腱、牙齒和軟骨的形成具有重要作用,是這些結締組織的主要物質基礎。普通人對于膠原蛋白的認知大多停留在食品保健層面,將其作為提高免疫力、延緩衰老的保健用品。而對于醫學研究人員來說,膠原蛋白在醫療領域的應用潛力更加巨大,尤其是膠原蛋白支架技術,更是擁有十分廣闊的前景。最近,英國劍橋大學發布新聞公報,介紹了該校研究人員在這一領域的研究成果。
膠原蛋白“支架”的構建
作為一種仿生應用的理想材料,膠原蛋白具有很強的伸張能力,可用做實驗室或臨床中組織再生的重要材料。多孔結構的膠原蛋白可作為“支架”,使依附其上的細胞和組織以一種預定的形式生長,最終變成與所需人體組織極其相似的組織。這即是所謂的膠原蛋白支架技術。
使用膠原蛋白作為“支架”的想法并不新鮮,但要達成這一目標卻不容易,這需要極高的控制能力。為了構建合乎要求的支架,研究人員將膠原蛋白溶液和水混合后進行冷凍,形成冰晶。由于膠原蛋白無法凍結,因此會在冰晶邊緣聚集。當冰晶周圍的壓力降至非常低的水平時,它將直接從固體轉化為蒸汽,進而留下膠原結構。通過精確控制水凝凍過程中冰晶的生長,研究人員能夠控制最終形成的膠原蛋白支架的形狀和特性。而通過向支架表面的不同位點添加被稱為肽序列的氨基酸,則可以改變這些支架的潛在用途。肽序列既會促使某些細胞與支架綁定,也會將某些細胞從支架上驅離,進而使支架形成一種特定的組織類型或者具有特定的生物反應模式。
“膠原蛋白支架就如同一個空白的三維畫布——你可以任意用不同的方式進行勾畫。”劍橋大學冶金與材料科學系的露絲·卡梅隆教授說,“它可以用來模仿自然組織的行為,也可以直接形成不同形狀或排序的結構。”
走出實驗室的膠原蛋白微型支架
用膠原蛋白制成的微型支架,可用于修復受損的關節,也可以用來開發新的癌癥治療手段,甚至用來修補心臟病人受損的心臟。而這一技術業已開始走出實驗室,運用到實際病例當中。
新聞公報中稱,一款名為Chondromimetic的產品已通過臨床試驗,并獲得了CE標志認證,可以在歐洲銷售。該產品通過向支架上添加鈣和磷酸鹽來模仿骨骼結構,幫助骨骼和軟骨再生。這一產品可用于修復受損的膝蓋關節和由骨關節炎、創傷或手術造成的骨缺損。
而在未來,膠原蛋白支架還可以用于心臟病的治療。在英國心臟病基金會的支持下,劍橋大學研究人員正在努力開發一種可用于修補受損心臟的支架。他們嘗試利用膠原蛋白支架在心肌受損部位“種植”新的心臟細胞,使其生長成為新的心肌。這一再生的心臟“補丁”可以幫助心臟重新恢復正常運轉。雖然這一研究目前仍處于初期階段,但研究人員相信,總有一天,膠原蛋白支架會成為治療冠心病的一個重要工具。
“這些支架給了細胞立足之地。”劍橋大學生物化學系的理查德·法恩戴爾教授說,“最終,我們希望能夠使用這些支架,連同我們直接取自病人體內的細胞,使病人的心臟在經歷衰竭后能夠自愈。”
膠原蛋白支架可用于制造任何東西
膠原蛋白支架的另一潛在應用是在乳腺癌研究領域。研究人員試圖對支架進行微調,以創建乳房組織的三維模型。如果成功,這種人造乳房組織則可用于乳腺癌新藥的測試,研究人員將不必再通過大量的動物實驗來進行研究,而最終的個性化治療也將有望實現。
“這是一個獨特的研究體系。”劍橋大學病理學系的克里斯汀·沃森教授說,“我們能夠在不同的時間向支架上添加不同類型的細胞,這是別人所不能的。這使得癌癥研究變得相對更容易一些,而最終受益的則是病人。”
像乳房組織一樣,血小板的生成也需要一個非常特殊的環境。研究人員利用支架技術,創建了一個適于骨髓細胞生長的小環境,利用成人干細胞來生產血小板。從理論上來說,用這種方式可以隨需生產血小板,而無需再依賴人們獻血。

作為膠原蛋白支架技術的主要研究人員,卡梅隆教授對這一技術的發展潛力十分看好。“在某種意義上,它可以用于制造任何東西。”她說,“你可以用多種不同類型細胞構建出高度復雜的有機組織,比如說肝臟或者是胰腺,只不過是難度增加了很多。但不管怎樣,這一技術的潛力十分巨大,無論是對研究人員還是病患來說,都意義非凡。”

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